Introducción de tres tipos de baterías de iones de litio.

Material ternario

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 del electrodo positivo. Hay muchos tipos de materiales de electrodos positivos para baterías de iones de litio, que incluyen principalmente cobaltato de litio, manganato de litio, niquelato de litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio, etc. El material ternario podría combinar todas 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 obtiene buenas perspectivas de desarrollo en pequeñas baterías de litio y en el campo de las baterías de litio de potencia.

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 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, que 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, el rendimiento del material ha mejorado enormemente y el campo de aplicación se ha ampliado. 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.

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 tuvo lugar en 2005. Su rendimiento de seguridad y su 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. Voltaje de sobrecarga de la batería de una sola celda 30 V no se quema, la perforación no explota. Los materiales de cátodo de fosfato de litio y hierro 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 hierro y litio tiene las ventajas de no toxicidad, ausencia de contaminación y buen 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 litio-hierro también tienen sus desventajas. Por ejemplo, el material del cátodo de fosfato de litio-hierro tiene una pequeña densidad de grifo, 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 cual está relacionado con las condiciones de disipación de calor), su capacidad de retención a 0 ° C. 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 del paquete de baterías se reducirá en gran medida, 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 no lo hará. 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.

Óxido de litio y manganeso

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. El material del cátodo de la batería de potencia, pero su rendimiento de ciclo deficiente 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 de 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 pueden desintercarse reversiblemente de la red de espinela, no causarán Colapso estructural, por lo que tienen excelente rendimiento y estabilidad de la tasa.

creencia tradicional de que el manganato de litio tiene una densidad de energía baja y un rendimiento de ciclo deficiente, pero ahora estos han mejorado enormemente (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 modificación de la superficie y 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.

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