Szybkie zrozumienie właściwości i parametrów sześciu popularnych baterii litowych (3/6)
March 11, 2019
Spinelowe baterie litowo-manganowe zostały po raz pierwszy zgłoszone w 1983 r. W 1996 r. Moli Energy Company skomercjalizowała akumulatory litowo-jonowe z użyciem manganianu litu jako materiału katody. Struktura tworzy trójwymiarową strukturę spinelu, która może poprawić przepływ jonów na elektrodzie, zmniejszając w ten sposób opór wewnętrzny i poprawiając zdolność przenoszenia prądu. Inną zaletą spinelu jest jego wysoka stabilność termiczna i bezpieczeństwo, ale jego cykl i długość życia kalendarzowego są ograniczone.
Moc jest rozładowywana przy prądzie 20-30A przy umiarkowanej akumulacji ciepła. Można również zastosować impulsy obciążenia do 50A1 sekund. Ciągłe wysokie obciążenie przy tym prądzie prowadzi do akumulacji ciepła, a temperatura baterii nie powinna przekraczać 80 C (176 F). Manganian litu używany jest w narzędziach elektrycznych, urządzeniach medycznych oraz pojazdach hybrydowych i czysto elektrycznych.
Figura 4 ilustruje tworzenie trójwymiarowego krystalicznego szkieletu na katodzie baterii litowo-manganianowej. Struktura spinelu zwykle składa się z rombowego kształtu połączonego z kratownicą i zwykle występuje po utworzeniu baterii.
Większość manganianu litu jest mieszana z litowo-niklowo-manganowym tlenkiem kobaltu (NMC) w celu zwiększenia określonej energii i przedłużenia żywotności. Ta kombinacja zapewnia najlepszą wydajność każdego układu, a większość pojazdów elektrycznych, takich jak Nissan Leaf, Chevrolet Volt i BMW i3, korzysta z LMO (NMC). Część baterii LMO może osiągnąć około 30% i zapewnić wyższy prąd przy przyspieszaniu, podczas gdy część NMC zapewnia duży zasięg.
Akumulatory litowo-jonowe mają tendencję do łączenia manganianu litu z kobaltem, niklem, manganem i / lub aluminium jako aktywne materiały katodowe. W niektórych architekturach do anody dodaje się niewielką ilość krzemu. Zapewnia to wzrost pojemności o 25%; jednakże, ponieważ krzem rozszerza się i kurczy podczas ładowania i rozładowania, powoduje mechaniczne obciążenie, które jest zwykle ściśle związane z krótkim cyklem życia.
Te trzy rodzaje aktywnych metali i zbrojenie krzemowe można wygodnie dobrać w celu poprawy określonej energii (pojemności), określonej mocy (obciążenia) lub żywotności. Baterie konsumenckie potrzebują dużej pojemności, podczas gdy aplikacje przemysłowe wymagają systemów akumulatorowych, które mają dobrą ładowność, długą żywotność i zapewniają bezpieczne i niezawodne usługi.
Tabelka podsumowująca
Tlenek manganianu litu: katoda LiMn2O4, anoda grafitowa;
Skrót: LMO lub Li-Mn (struktura spinelowa) od 1996
3,70 V (3,80 V) 3,0-4,2 V Napięcie 3,70 V (3,80 V) wartość nominalna; Typowy zakres roboczy 3,0-4,2 V / akumulator
Energia właściwa (pojemność) 100-150 Wh / kg
Typowa wartość ładowania (C) wynosi 0,7-1C, maksymalna wartość to 3C, ładowanie do 4,20 V (większość akumulatorów)
Wyładowanie (szybkość C) 1C; Niektóre akumulatory mogą osiągać 10C, 30C impulsów (5s), odcięcie 2.50V.
Cykl życia 300-700 (w zależności od głębokości rozładowania i temperatury)
Typowa wartość termicznej niekontrolowanej pracy wynosi 250 stopni C (482 stopni F). Wysoki ładunek promuje niekontrolowany wzrost temperatury
Zastosowanie narzędzi elektrycznych, sprzętu medycznego, systemu elektroenergetycznego przesyłu
Uwagi: Wysoka moc, ale niska pojemność; bezpieczniejszy niż kobalt litu; zwykle zmieszane z NMC w celu poprawy wydajności.