Hiểu nhanh về đặc điểm và thông số của sáu loại pin lithium thông thường (2/6)

March 5, 2019

Vật liệu thứ hai

LiMn 2 O 4 (chúng tôi cũng gọi là pin năng lượng cao hoặc tốc độ cao)

Pin lithium manganate spinel được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1983. Năm 1996, Công ty Năng lượng Moli đã thương mại hóa pin lithium-ion sử dụng lithium manganate làm vật liệu catốt. Cấu trúc tạo thành cấu trúc spinel ba chiều, có thể cải thiện dòng ion trên điện cực, do đó làm giảm điện trở bên trong và cải thiện khả năng mang dòng. Một ưu điểm khác của spinel là độ ổn định và an toàn nhiệt cao, nhưng chu kỳ và tuổi thọ lịch của nó bị hạn chế. Điện trở trong pin thấp có thể nhận ra sạc nhanh và xả dòng cao. Pin loại 18650, pin lithium manganate có thể được xả ở dòng điện 20-30A và tích lũy nhiệt vừa phải. Tải xung lên đến 50A1 giây cũng có thể được áp dụng. Tải cao liên tục ở dòng điện này sẽ dẫn đến sự tích tụ nhiệt và nhiệt độ của pin không được vượt quá 80 C (176 F). Lithium manganate được sử dụng trong các công cụ điện, thiết bị y tế, và xe điện hỗn hợp và thuần túy.

Hình 4 minh họa sự hình thành bộ xương tinh thể ba chiều trên cực âm của pin lithium manganate. Cấu trúc spinel thường bao gồm một hình thoi kết nối với mạng và thường xảy ra sau khi hình thành pin.

Hình 4: Cấu trúc lithium manganate.

Sự kết tinh của catốt lithium manganate có cấu trúc khung xương ba chiều được hình thành sau khi hình thành. Spinel cung cấp sức đề kháng thấp nhưng năng lượng cụ thể thấp hơn so với lithium coban.

Công suất của lithium manganate thấp hơn khoảng một phần ba so với lithium coban. Thiết kế linh hoạt cho phép các kỹ sư lựa chọn để tối đa hóa tuổi thọ pin, hoặc để tăng dòng tải tối đa (công suất cụ thể) hoặc công suất (năng lượng cụ thể). Ví dụ, phiên bản có tuổi thọ dài của pin 18650 có dung lượng vừa phải chỉ 1.100 mAh, trong khi phiên bản dung lượng cao có dung lượng vừa phải 1.500 mAh.

Hình 5 cho thấy một sơ đồ nhện của pin lithium manganate điển hình. Các thông số đặc trưng này có vẻ không lý tưởng, nhưng thiết kế mới cải thiện về sức mạnh, an toàn và cuộc sống. Pin lithium manganate tinh khiết không còn phổ biến ngày nay; chúng chỉ được sử dụng trong các tình huống đặc biệt.

Hình 5: Sơ đồ nhện của pin lithium manganate tinh khiết.

Mặc dù hiệu suất chung của nó, thiết kế manganate lithium mới có thể cải thiện sức mạnh, an toàn và cuộc sống.

Hầu hết lithium manganate được trộn với oxit coban oxit coban (NMC) để tăng năng lượng cụ thể và kéo dài tuổi thọ. Sự kết hợp này mang lại hiệu suất tốt nhất cho từng hệ thống và hầu hết các loại xe điện, như Nissan Leaf, Chevrolet Volt và BMW i3, sử dụng LMO (NMC). Phần LMO của pin có thể đạt khoảng 30% và cung cấp dòng điện cao hơn khi tăng tốc, trong khi phần NMC cung cấp một phạm vi dài.

Pin lithium-ion có xu hướng kết hợp lithium manganate với coban, niken, mangan và / hoặc nhôm làm vật liệu catốt hoạt động. Trong một số kiến ​​trúc, một lượng nhỏ silicon được thêm vào cực dương. Điều này cung cấp tăng 25% công suất; tuy nhiên, khi silicon giãn nở và co lại trong quá trình sạc và xả, nó gây ra căng thẳng cơ học, thường liên quan chặt chẽ đến vòng đời ngắn.

Ba loại kim loại hoạt động và gia cố silicon này có thể được lựa chọn thuận tiện để cải thiện năng lượng cụ thể (công suất), công suất cụ thể (khả năng tải) hoặc tuổi thọ. Pin tiêu dùng cần dung lượng lớn, trong khi các ứng dụng công nghiệp cần hệ thống pin, có khả năng tải tốt, tuổi thọ cao và cung cấp các dịch vụ an toàn và đáng tin cậy.

Điện áp 3,70V (3,80V) giá trị danh định; phạm vi hoạt động điển hình 3.0-4.2V / pin

Năng lượng riêng (công suất) 100-150Wh / kg 100-150 Wh / kg

Sạc (Tốc độ C) Giá trị điển hình là 0,7-1C, giá trị tối đa là 3C, sạc tới 4,20V (hầu hết pin)

Xả (tỷ lệ C) 1C; một số pin có thể đạt tới mức 10C, xung 30C (5s), mức cắt 2.50V.

vòng đời 300-700 (tùy thuộc vào độ sâu xả và nhiệt độ)

Nhiệt chạy trốn Giá trị điển hình là 250 độ C (482 độ F). Sạc cao thúc đẩy chạy trốn nhiệt

ứng dụng Dụng cụ điện, thiết bị y tế, hệ thống truyền tải điện

Ghi chú Công suất cao nhưng công suất thấp; an toàn hơn so với oxit lithium coban; thường được trộn với NMC để cải thiện hiệu suất.