Muitas vezes trata três baterias yuan lítio ou lítio-ferro, que são chamados de acordo com o material activo do eléctrodo positivo de baterias de lítio. Este artigo resume seis tipo comum de bateria, bem como seus parâmetros-chave de desempenho. Como todos sabemos, a mesma tecnologia de linha celular e parâmetros específicos não são exatamente o mesmo, mostrado aqui é um nível geral de parâmetros atuais. Seis tipos de bateria de lítio compreende: um cobaltato de lítio (LiCoO2), manganato de lítio (LiMn2O4), lítio manganês níquel cobalto (LiNiMnCoO2 ou NMC), de lítio níquel cobalto aluminato (LiNiCoAlO2 ou referidos NCA), fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) titanato de lítio (Li4Ti5O12).

cobaltato de lítio (LiCoO2)

Seu óxido de lítio-cobalto de alta energia, uma escolha popular para telefones celulares, laptops e câmeras digitais. Bateria cátodo de óxido de cobalto e o ânodo de grafite composto de carbono. O cátodo tem uma estrutura em camadas, durante a descarga, os iões de lítio a partir do ânodo para o cátodo, a direcção oposta de fluxo do processo de carregamento. Estrutura mostrada na Figura 1.

Figura 1: Estrutura de cobaltato de lítio

O cátodo tem uma estrutura em camadas. Durante a descarga, os iões de lítio a partir do ânodo para o cátodo; carregamento fluxo do cátodo para o ânodo.

A desvantagem de óxido de cobalto e lítio é uma vida relativamente curto, baixa estabilidade térmica e capacidade de carga limitada (relação de potência). Como outro cobalto misturado como uma bateria de iões de lítio, lítio cobaltato grafite ânodo, a vida de ciclo é limitada principalmente pela interface de electrólito sólido (SEI), principalmente no espessamento gradual da película SEI, e a carga ânodo rápido ou baixo processo de revestimento de carga problema de lítio. Mais recente sistema material aumenta níquel, manganês e / ou de alumínio para melhorar a vida, capacidade de carga e reduzir os custos.

cobaltato de lítio não é para ser maior do que a capacidade atual de carga e descarga. Isto significa que apenas com 18650 células 2,400mAh menos 2,400mA para carregamento e descarregamento. Aplicando uma carga rápida ou força maior do que a carga de 2400MA causa superaquecimento e sobrecarga de estresse. Para melhor carga rápida, taxa de carga recomendada pelo fabricante é 0,8 ° C ou cerca de 2,000mA. Bateria circuito de proteção de unidade de carga e taxas de descarga é limitado a nível de energia segura de cerca de 1C.

gráfico hex aranha (Fig. 2) resume as propriedades relevantes operacionalmente cobaltato de lítio ou de energia de capacidade específico, devendo em especial poder ou capacidade de fornecer uma corrente elevada, a segurança, o desempenho no ambiente de alta e baixa temperatura, a vida incluem a vida e ciclo calendário características de custo; vida. Outras características importantes da aranha não mostrado na incluindo ainda a toxicidade, rápido carregamento capacidade, prazo de validade e auto-descarga.

Devido ao elevado custo de cobalto e melhorado, trazendo o material do cátodo é misturado com outros materiais activos propriedades significativamente, cobaltato de lítio está a ser gradualmente substituir lítio manganato, e em particular NMC NCA. (Veja a seguinte descrição do NMC e NCA).

Figura 2: Média de aranha cobaltato FIG lítio.

cobaltato lítio excelente desempenho em termos de energia mais elevados do que, as características de potência, segurança e desempenho do ciclo de vida só pode fornecer um general

manganato de lítio (LiMn2O4 para)

Espinela de lítio óxido de manganês foi publicada pela primeira vez em 1983 relatório Materials Research. Em 1996, moli de energia irá manganato de lítio como um material de cátodo de bateria de iões de litio comercialmente. A estrutura tridimensional é formada estrutura em espinela, pode melhorar o fluxo de iões sobre o eléctrodo, reduzindo assim a resistência interna e melhora a capacidade de transporte de corrente. Outra vantagem é a estabilidade térmica elevada da espinela, a melhoria da segurança, mas ciclo de vida limitado e calendário.

Bateria baixa resistência interna pode ser carregamento rápido e grande descarga de corrente. 18650 baterias, baterias de lítio de manganês pode ser descarregada com uma corrente de 20-30, e com acumulação moderada de calor. 50A1 pode ser aplicado até pulso segunda carga. Neste corrente para uma carga elevada fará com que a acumulação de calor, a temperatura da bateria não deve exceder 80 ° C (176 ° F). manganato de lítio para ferramentas elétricas, equipamentos médicos, e um híbrido e carros elétricos puros.

4 ilustra uma estrutura de cristal tridimensional sobre o lítio manganês cátodo óxido. A estrutura em espinela são tipicamente ligados por uma composição de estrutura em forma de diamante, ocorrem normalmente após a formação da bateria.

Figura 4: Estrutura de manganato de lítio.

Lítio manganato cátodo cristais com estrutura de rede tridimensional formada após a formação formado. Espinela proporcionar uma resistência baixa, mas mais baixa do que a densidade de energia de cobaltato de lítio.

capacidade manganato de lítio de aproximadamente terço inferior do que cobaltato de lítio. A flexibilidade permite que os engenheiros para selecionar para maximizar a vida da bateria, ou aumentar a corrente de carga máxima (razão de poder) ou capacidade (energia específica). Por exemplo, a versão longa vida da capacidade de bateria 18650 é apenas moderada 1,100mAh; uma versão de alta capacidade alcançou 1,500mAh.

A Figura 5 mostra uma vista de uma aranha típico lítio óxido de manganês. Estes parâmetros parecem menos do que o ideal, mas as novas melhorias de design no poder, segurança e vida. óxido de manganês de lítio puro não é mais comum hoje em dia, eles aplicam-se apenas em circunstâncias excepcionais.

Figura 5: óxido de manganês puro lítio aranha FIG.

Embora o desempenho geral geral, mas o novo design pode melhorar lítio poder manganato, segurança e vida.

A maioria de lítio e óxido de lítio manganês níquel cobalto manganês (NMC) de mistura, para aumentar a energia específica e prolongar a vida útil. Esta combinação traz o melhor desempenho de cada sistema, enquanto a maioria dos veículos elétricos, como o Nissan Leaf, Chevrolet Volt e BMW i3 ter escolhido LMO (NMC). LMO porção da bateria pode atingir cerca de 30%, podem fornecer uma corrente mais elevada durante a aceleração, a porção NMC fornece um longo quilometragem.

As baterias de lítio tendem a lítio manganês cobalto, níquel, manganês e / ou de alumínio em combinação, tal como o material do cátodo activo. Em algumas arquitecturas, uma pequena quantidade de silício é adicionado ao ânodo. Isto proporciona um aumento de capacidade de 25%; no entanto, se expande de silício e contratos como carga e descarga, fazendo com que o stress mecânico, melhorar a capacidade de geralmente estreito contacto com o ciclo de vida curto.

Pode seleccionar facilmente a três metal activo e silício para aumentar o reforço de energia específica (capacidade), potência específica (capacidade de carga) ou tempo de vida. Bateria do consumidor de grande capacidade, e aplicações industriais que requerem sistema de bateria, com capacidade boa carga, longa vida, e para fornecer um serviço seguro e confiável.

Lítio níquel cobalto manganês (LiNiMnCoO 2 ou NMC)

Um dos sistemas mais bem sucedidos são níquel de lítio ião cobalto manganês (NMC) um cátodo de montagem. manganato de lítio Da mesma forma, este sistema pode ser personalizado para ser usado como uma energia ou poder da célula de bateria. Por exemplo, 18650, sob condições de carga médias tendo uma capacidade de cerca de NMC 2,800mAh e pode fornecer uma corrente de descarga para 4A 5A; NMC mesmo tipo, quando optimizado para uma potência específica de apenas 2,000mAh, mas 20A é fornecido corrente de descarga contínua. O ânodo irá atingir o silício 4000mAh acima, mas reduz a capacidade de carga, a vida de ciclo é encurtado. Grafite de silício que têm defeitos, isto é, a carga e descarga como os expande ânodo e contratos, de modo que a estrutura celular instáveis grandes tensões mecânicas.

NMC secreta é combinada de níquel e manganês. É semelhante a este sal, em que o ingrediente principal e o cloreto de sódio é tóxico per se, mas as suas misturas de sais e como um agente aromatizante, um conservante de alimentos. O níquel é conhecido pela sua alta energia específica, mas fraca estabilidade; estrutura de espinela de manganês pode atingir baixa resistência, mas uma baixa energia específica. Duas vantagens de metal complementares activos.

NMC são as ferramentas preferidas para pilhas eléctricas, bicicletas eléctricos e outros sistemas de energia eléctrica. Um cátodo de níquel montagem é tipicamente um terço, um terço e um terço de manganês, cobalto, também conhecido como 1-1-1. Isto proporciona uma mistura única, devido ao teor de cobalto reduzido, também reduz o custo das matérias primas. Outra combinação bem sucedida é a NCM, contendo 5 partes de níquel, cobalto, e 3 partes de 2 partes de manganês (5-3-2). Ele também pode ser usado em combinação com quantidades variáveis de outros materiais catódicos.

Devido ao alto custo de cobalto, fabricantes de baterias transformar cobalto a partir de um catodo de níquel. sistemas à base de níquel têm uma maior densidade de energia do que a bateria de cobalto-base, menor custo e maior vida ciclo, mas sua tensão ligeiramente inferior.

electrólitos novos e aditivos podem tornar única bateria carregada a 4.4V ou mais, aumentando assim o poder. A Figura 7 mostra as características do NMC.

Figura 7: Diagrama de aranha NMC.

NMC tem um bom desempenho geral, e excelente desempenho em termos de energia específico. Isto é os veículos eléctricos de bateria preferida, tem a mais baixa taxa de auto-aquecimento.

Devido à economia do sistema e o desempenho geral foi melhor, portanto, baterias de lítio-íon híbridos NMC mais e mais atenção. Níquel, três material activo de manganês e de cobalto podem ser facilmente misturados para acomodar uma ampla aplicação precisa de ciclos frequentes de veículos e sistema de armazenamento de energia (EES) de. Diversidade NMC família está crescendo.

fosfato de ferro de lítio (LiFePO 4)

Em 1996, da Universidade do Texas encontrado que o fosfato pode ser utilizado como uma bateria recarregável de materiais de cátodo bateria de lítio. fosfato de lítio tem boas propriedades electroquímicas e baixa resistência. Isto é conseguido pelo fosfato de nanoescala material do cátodo. A principal vantagem é a classificação de corrente alta e um ciclo de vida longo, boa estabilidade térmica, uma maior segurança e tolerância de abuso.

Se mantida durante um longo período de tempo a uma alta voltagem, um fosfato de lítio cobrar o stress todas as condições de tolerância mais forte, e menos do que os outros sistemas de iões de lítio. A desvantagem é 3.2V menor do que a energia que a tensão da bateria for inferior ao cobalto-dopado bateria de iões de lítio nominal. Para a maioria das células, o desempenho de baixa temperatura irá reduzir as temperaturas de armazenamento elevadas irá encurtar a vida, o fosfato de lítio não é excepção. fosfato de lítio superior a outros de lítio-ion bateria de auto-descarga, o que pode causar o envelhecimento e trazer, assim, problemas de equilíbrio, embora pudessem ser compensada pela escolha de baterias de alta qualidade ou usar avançado sistema de gerenciamento de bateria, mas aumentaram de duas maneiras o custo da bateria. A vida da bateria é muito sensível a impurezas no processo de fabrico, a dopagem não pode resistir a humidade, impurezas devido à presença de humidade um pouco de vida mínimo de bateria de apenas 50 ciclos. A Figura 9 resume as propriedades de fosfato de lítio.

Em vez das baterias de arranque ácido fosfato de lítio utilizada. Produzir quatro séries bateria 12.80V, e série 2V voltagem da bateria de chumbo-ácido de seis semelhante. O veículo de chumbo-ácido recarregável para 14.40V (2.40V / célula) e manteve estado flutuante. A bóia se destina a permanecer níveis de bateria ácida de chumbo totalmente carregadas e evitar sulfatação.

fosfato de lítio quatro pilhas em série, a tensão de cada célula são 3.60V, que é a tensão de carga total correcta. Neste caso, a carga deve ser desligado, mas continua a carga durante a condução. fosfato de lítio tolerar sobrecarga; No entanto, uma vez que a maior parte do veículo por longos períodos em uma tensão viagem longo 14.40V, o stress mecânico pode aumentar fosfato de lítio. O tempo dirá fosfato de lítio como um substituto para baterias de chumbo-ácido pode suportar a sobrecarga quanto tempo. Baixa temperatura também reduz o desempenho dos iões de lítio, que pode afectar a capacidade de iniciar, em casos extremos.

Figura 9: fosfato de lítio FIG típico aranha.

fosfato de lítio tem uma segurança boa e longa vida, energia específica moderada, o reforço da capacidade de auto-descarga.

por Cadex

Níquel-cobalto-lítio aluminato (LiNiCoAlO2 conhecido ou NCA)

Lítio níquel cobalto aluminato, ou NCA aplicado desde 1999. Ele tem uma alta energia específica, de potência específica muito boas semelhanças e uma longa vida útil e NMC. Não é muito lisonjeiro que a segurança e custo. A Figura 11 resume seis características principais. NCA é um desenvolvimento adicional de óxido de níquel e lítio; adição de alumínio para conferir uma melhor estabilidade química da bateria.

A Figura 11: Diagrama de aranha NCA.

Alta energia e densidade de potência, bem como bom make vida útil NCA um candidato para o sistema de energia EV. Os altos custos e segurança marginal existe um impacto negativo.

titanato de lítio (de Li4Ti5O12)

Desde os anos 1980, as baterias de titanato de lítio ânodo são conhecidos. Em vez do titanato de lítio é tipicamente um ânodo de grafite bateria de iões de litio, e o material que forma a estrutura de espinélio. O cátodo pode ser um manganato de lítio ou NMC. voltagem da bateria nominal do titanato de lítio é 2.40V, o carregamento pode ser rápida e fornece uma corrente de descarga de alta de 10C. Diz-se que o número de ciclos for maior do que um ciclo de célula de iões de lítio convencional. titanato de lítio é segura, possui excelentes características de descarga de temperatura baixa, de 80% da capacidade disponível, a -30 ° C (-22 ° F).

O LTO (geralmente Li4Ti5 O12) de tensão zero, sem formação de película e SEI fenómeno de lítio-chapeamento no carregamento rápido e de baixa temperatura de carga, e, assim, tem um melhor desempenho do que as convencionais de cobalto de carga-descarga misturado com um ânodo de grafite Li-ião. estabilidade térmica a altas temperaturas melhor do que outro sistema de iões de lítio, no entanto, baterias caras. baixa energia específica, apenas 65Wh / kg, e muito NiCd. titanato de lítio Carregou-se 2.80V, 1.80V para o fim da descarga. A Figura 13 mostra as características do titanato de lítio. As aplicações típicas são o sistema de transmissão elétrica, UPS e luzes solares.

Figura 13: Aranha lítio titanato FIG.

Lítio excelente desempenho titanato em termos de segurança, desempenho a baixa temperatura e tempo de vida. Estamos trabalhando para melhorar a energia específica e reduzir custos.

A Figura 15 compara a energia específica de base de chumbo, níquel e lítio sistema. Apesar de alumínio e lítio (NCA) e o vencedor claro pela maior capacidade de armazenamento do que outros sistemas, mas é utilizado apenas para a cena de alimentação específica. Do que a energia térmica e a estabilidade, manganato de lítio (OVM) e fosfato de lítio (LFP) é excelente. titanato (LTO) capacidade de lítio pode ser baixa, mas a sua vida do que a maioria das outras células e tem o melhor desempenho a baixa temperatura.

NCA têm a maior energia específica; No entanto, manganato de lítio e de fosfato de ferro de lítio é superior em termos de estabilidade térmica e de alimentação específica. titanato de lítio tendo a melhor vida.

Este artigo traduzido do colégio acabamento Bateria