¿Cuáles son las características del óxido de manganeso y litio, los materiales ternarios y los materiales de las baterías de fosfato de hierro y litio? ¿Cual es mejor?

Introducción al manganato de litio

El manganato de litio es uno de los materiales de cátodo de iones de litio prometedores. En comparación con los materiales catódicos tradicionales como el óxido de cobalto y litio, el manganato de litio tiene las ventajas de abundantes recursos, bajo costo, ausencia de contaminación, buena seguridad y buen rendimiento. Es un material de electrodo positivo ideal para baterías eléctricas, pero su pobre rendimiento cíclico y su estabilidad electroquímica han limitado en gran medida su industrialización. El manganato de litio incluye principalmente manganato de litio tipo espinela y manganato de litio en capas. Entre ellos, el manganato de litio tipo espinela tiene una estructura estable y es fácil de realizar en la producción industrial. El manganato de litio tipo espinela pertenece al sistema de cristal cúbico, grupo espacial Fd3m, la capacidad específica teórica es de 148 mAh / g. Debido a la estructura de túnel tridimensional, los iones de litio se pueden desintercalar reversiblemente de la red de espinela, no causarán colapso estructural, por lo que tienen un excelente rendimiento y estabilidad.

Hoy en día, se ha mejorado enormemente la creencia tradicional de que el manganato de litio tiene una densidad energética baja y un rendimiento de ciclo deficiente (valor típico de Wanli New Energy: 123 mAh / g, 400 veces, valor típico del tipo de ciclo alto 107 mAh / g, 2000 veces). La modificación de la superficie y el dopaje pueden modificar eficazmente sus propiedades electroquímicas, y la modificación de la superficie puede inhibir eficazmente la disolución del manganeso y la descomposición de electrolitos. El dopaje puede suprimir eficazmente el efecto Jahn-Teller durante la carga y descarga. Sin duda, la combinación de la modificación de la superficie y el dopaje puede mejorar aún más el rendimiento electroquímico del material, que se cree que es una de las futuras direcciones de investigación para la modificación del manganato de litio de espinela.

Introducción a los materiales ternarios

La batería de polímero de litio ternario se refiere a una batería de litio que utiliza un material de electrodo positivo ternario de litio, níquel, cobalto, manganeso, para el material de electrodo positivo. Hay muchos tipos de materiales de electrodos positivos para la batería de iones de litio, principalmente cobaltato de litio, manganato de litio, niquelato de litio y materiales ternarios. El material ternario combina las ventajas del cobaltato de litio, niquelato de litio y manganato de litio. Tiene excelentes características como alta capacidad, bajo costo y buena seguridad. Poco a poco, va ganando una cierta cuota de mercado en las pequeñas baterías de litio, y el campo de la energía de litio tiene buenas perspectivas de desarrollo.

Para las baterías de litio, el cobalto metálico es un material indispensable. Sin embargo, por un lado, el cobalto metálico es caro y, por un lado, es tóxico. Independientemente de las principales empresas japonesas y coreanas o de los fabricantes de baterías nacionales, la batería ha sido "menos cobaltizada" en los últimos años. Bajo esta tendencia, paulatinamente se favorecen los materiales ternarios de níquel-cobalto-manganeso preparados utilizando sales de níquel, sales de cobalto y sales de manganeso como materias primas. Desde el punto de vista químico, el material ternario pertenece a un exceso de óxidos metálicos y la densidad de energía de la batería es alta.

Aunque el papel del cobalto sigue siendo indispensable en los materiales ternarios, la fracción de masa generalmente se controla en torno al 20% y el costo se reduce significativamente. Además, tiene las ventajas del cobaltato de litio y del niquelato de litio. Con el aumento de la producción de fabricantes nacionales y extranjeros en los últimos años, la tendencia de reemplazar el óxido de cobalto de litio comercial con baterías de litio con materiales ternarios como materiales de cátodo se ha vuelto muy obvia.

Desde automóviles eléctricos hasta teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles o tesoros de carga, esta nueva tecnología se adapta perfectamente. Tesla [microblogging] aplicó por primera vez la batería ternaria a los vehículos eléctricos. ModelS tiene un rango de crucero de 486 kilómetros, una capacidad de batería de 85kWh y 8142 baterías Panasonic 18650 de 3.4AH. Los ingenieros distribuyeron las baterías una a una en forma de ladrillos y láminas para formar un paquete de baterías completo. El paquete de baterías se encuentra en la parte inferior de la carrocería.

Desde una perspectiva global, la I + D y la producción de materiales ternarios avanzan constantemente. En este proceso, se ha mejorado enormemente el rendimiento del material y se ha ampliado el campo de aplicación. Las empresas japonesas y coreanas son líderes en el desarrollo de baterías de material ternario. La producción de materiales ternarios domésticos comenzó alrededor de 2005 y han surgido más de una docena de empresas a gran escala.

Introducción al fosfato de hierro y litio

El fosfato de hierro y litio como material de batería de litio solo ha aparecido en los últimos años. El desarrollo nacional de las baterías de fosfato de hierro y litio de gran capacidad fue en 2005. Su desempeño de seguridad y ciclo de vida son incomparables con otros materiales, que son los indicadores técnicos más importantes de las baterías de potencia. Vida útil de ciclo de carga y descarga de 1C de 2000 veces. El voltaje de sobrecarga de la batería de celda única 30V no se quema, la perforación no explota. Los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio hacen que las baterías de iones de litio de gran capacidad sean más fáciles de usar en serie para satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos de carga y descarga frecuentes.

El fosfato de litio y hierro tiene las ventajas de no toxicidad, ausencia de contaminación, alto rendimiento de seguridad, amplia gama de materias primas, bajo precio y larga vida útil. Es un material de cátodo ideal para una nueva generación de baterías de iones de litio. Las baterías de fosfato de hierro y litio también tienen sus desventajas. Por ejemplo, el material del cátodo de fosfato de hierro y litio tiene una densidad de grifo pequeña, y la batería volumétrica de fosfato de hierro y litio tiene un volumen mayor que una batería de iones de litio como el óxido de cobalto de litio y, por lo tanto, no tiene ninguna ventaja en términos de una microbatería.

Debido a las características inherentes de los materiales de fosfato de hierro y litio, se determina que el rendimiento a baja temperatura es inferior al de otros materiales de electrodos positivos como el manganato de litio. En general, para una sola celda (tenga en cuenta que la batería no es un paquete de baterías, el rendimiento medido a baja temperatura puede ser ligeramente superior para el paquete de baterías, lo que está relacionado con las condiciones de disipación de calor), su capacidad de retención a 0 ° C la tasa es aproximadamente del 60 al 70%, del 40 al 55% a -10 ° C y del 20 al 40% a -20 ° C. Obviamente, este rendimiento a baja temperatura no puede cumplir con los requisitos de la fuente de alimentación. En la actualidad, algunos fabricantes han mejorado el rendimiento a baja temperatura del fosfato de hierro y litio mejorando el sistema de electrolitos, mejorando la formulación del electrodo positivo, mejorando las propiedades del material y mejorando el diseño de la estructura de la celda.

Hay un problema con la consistencia de la batería. La vida útil de una sola batería de fosfato de hierro y litio es actualmente de más de 2000 veces, pero la vida útil de la batería se reducirá considerablemente, posiblemente 500 veces. Debido a que el paquete de baterías está compuesto por una gran cantidad de celdas individuales, su estado de funcionamiento es mejor que el de un grupo de personas atadas con cuerdas para correr, incluso si todos son velocistas, si la consistencia del movimiento de todos no es alta, el equipo lo hará. no corre rápido, el conjunto La velocidad es incluso más lenta que la del jugador individual más lento. Lo mismo ocurre con la batería. Solo cuando el rendimiento de la batería es muy constante, la vida útil se puede acercar al nivel de una sola batería.

Comparación de las características del material de tres tipos de baterías de litio: el precio más bajo del manganato de litio

El precio del material de manganato de litio es el más bajo, 50.000-60.000 yuanes por tonelada, y el ciclo de vida correspondiente y el rendimiento de almacenamiento de la batería también son los más comunes, respectivamente ≥ 300 veces, y la atenuación mensual es superior al 5%. . El precio del material ternario de la batería de litio es de 160 a 200.000 yuanes por tonelada, y el rendimiento de almacenamiento es el mejor. La atenuación mensual es del 1-2% y la vida útil del ciclo de la batería es ≥ 600 veces. El precio del material de silicato de hierro y litio es de 15-18 millones de yuanes por tonelada, y el rendimiento del ciclo de vida de la batería es mejor ≥ 1500 veces. El rendimiento de almacenamiento es medio entre los tres, con una caída mensual del 3%.

Tres tipos de aplicaciones de materiales de batería de litio: manganato de litio o dominan en el futuro

Los valores mencionados anteriormente son los parámetros estrictos para el rendimiento de tres tipos de baterías de litio. La seguridad, la estabilidad y la resistencia a bajas temperaturas de las baterías de litio también son indicadores importantes para la evaluación integral del rendimiento de las baterías de litio.

1. Manganato de litio

El rendimiento a alta temperatura, el rendimiento del ciclo y el rendimiento del almacenamiento son deficientes. El manganeso se descompone fácilmente en condiciones de alta temperatura, y la batería tiene una vida útil corta y es difícil de almacenar.

2, batería de litio de material ternario

La temperatura alta y baja, el ciclo, la seguridad, el almacenamiento y las propiedades eléctricas individuales son relativamente medias. La energía volumétrica es alta, el material tiene un precio moderado y el rendimiento es estable.

3, fosfato de hierro y litio

Buen rendimiento de seguridad, baja conductividad, baja energía volumétrica, alto costo de material, bajo rendimiento a baja temperatura, no puede cumplir con el uso de vehículos eléctricos en invierno.

Aunque se han desarrollado materiales ternarios en el país y en el extranjero, el cobalto es cada vez más escaso y el costo es elevado. Es difícil aplicarlo para alimentar baterías de litio en grandes cantidades, pero se puede mezclar con manganato de litio dentro de un cierto rango.

En general, los tres tipos de baterías de litio tienen sus propias ventajas y desventajas, y se han aplicado a diferentes niveles en el mercado, pero el problema de los escasos recursos de materiales ternarios es irreparable. Por lo tanto, algunos expertos creen que las baterías de ácido mangánico serán la potencia dominante en el futuro. Los materiales ternarios se mezclarán como máximo con manganato de litio. Y el fosfato de litio y hierro, debido a que sus problemas de seguridad no se pueden evitar, no es adecuado para energía con altos requisitos de seguridad.

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