Kalite Lithium-ion

Sous: https://batteryuniversity.com

Lityòm-ion yo rele pou materyèl aktif li yo; Mo sa yo swa ekri nan tout oswa senplifye chimik yo. Yon seri de lèt ak nimewo nèrvejman ansanm ka difisil yo sonje e menm pi rèd pwononse, ak chemistri batri yo tou idantifye nan lèt abreje.

Pou egzanp, ityòm Cobalt oksid, youn nan Li-ions ki pi komen, gen senbòl yo chimik LiCoO ₂ ak LCO a abrevyasyon. Pou rezon senplisite, fòm kout Li-Cobalt la kapab itilize tou pou batri sa a. Cobalt se prensipal materyèl aktif ki bay karaktè batri sa a. Lòt Li-ion chemistries yo bay non menm fòm ki gen fòm. Seksyon sa a bay lis sis nan Li-iyon ki pi komen yo. Tout lekti yo estime mwayèn nan moman ekri.

Lityòm Cobalt oksid (LiCoO ₂ )

Enèji espesifik li yo fè Li-Cobalt chwa popilè pou telefòn mobil, laptops ak kamera dijital. Batri a konsiste de yon codyòm oksid cathode ak yon anod kabòn grafit. Katod a gen yon estrikti kouch ak pandan egzeyat, lityòm iyon deplase soti nan anod an katod la. Koule a ranvèse sou chaj. Dezavantaj nan Li-Cobalt se yon span lavi relativman kout, ki ba estabilite tèmik ak kapasite chaj limite (espesifik pouvwa). Figi 1 montre estrikti a.

Dezavantaj nan Li-Cobalt se yon span lavi relativman kout, ki ba estabilite tèmik ak kapasite chaj limite (espesifik pouvwa). Tankou lòt Li-Cobalt ki konbine Li-ion, Li-Cobalt gen yon anodit grafit ki limite lavi sik la pa yon koòdone koòdone elektwolit solid (SEI) , epesman sou anod an ak Litium plating pandan y ap vit chaje ak chaje nan tanperati ki ba. Nouvo sistèm yo gen ladan nikèl, Manganèz ak / oswa aliminyòm pou amelyore lonjevite, kapasite loading ak pri.

Li-cobalt pa ta dwe chaje ak egzeyate nan yon aktyèl ki pi wo pase C-Rating li yo. Sa vle di ke yon selil 18650 ak 2,400mAh ka sèlman chaje ak egzeyate nan 2,400mA. Fòse yon chaj vit oswa aplike yon chaj ki pi wo pase 2,400mA lakòz surchof ak estrès souf. Pou chaj vit pi vit, manifakti a rekòmande yon C-pousantaj nan 0.8C oswa sou 2,000mA. (Se e BU-402: Ki sa ki C-pousantaj ). Pwoteksyon batri obligatwa batri a limite chaj la ak pousantaj egzeyat nan yon nivo ki san danje sou 1C pou Telefòn Enèji.

Egzagonal spider grafik la (Figi 2) rezime pèfòmans Li-Cobalt an tèm de enèji espesifik oswa kapasite ki gen rapò ak ègzekutabl; pouvwa espesifik oswa kapasite nan delivre segondè kounye a; sekirite; pèfòmans nan tanperati cho ak frèt; lavi lavi reflete lavi sik ak lonjevite; ak pri . Lòt karakteristik nan enterè yo pa montre nan espyon Spider yo se toksisite, vit-chaj kapasite, pwòp tèt ou-egzeyat ak lavi etajè. (Gade BU-104c: Batri octagon - Ki sa ki fè yon batri yon batri ).

Li-Cobalt a pèdi favè Li-Manganèz, men espesyalman NMC ak NCA paske nan gwo pwi de cobalt ak amelyore pèfòmans pa melanje ak lòt materyèl kathode aktif. (Gade deskripsyon NMC ak NCA anba a.)

Tablo Rezime

Tablo 3: Karakteristik nan oksid ityòm Cobalt.

Lityòm oksid Manganèz (LiMn ₂ O ₄ )

Li-ion ak Spinel Manganèz te premye pibliye nan Bilten Rechèch la Materyèl nan 1983. Nan 1996, Moli Enèji komèsyalize yon selil Li-ion ak oxidium ityòm Manganèz kòm materyèl kathode. Achitekti a fòme yon estrikti spinèl ki genyen twa dimansyon ki amelyore koule ion sou elektwòd la, ki rezilta nan pi ba entèn rezistans ak amelyore aktyèl manyen. Yon avantaj anplis nan spinèl se gwo estabilite tèmik ak sekirite ranfòse, men sik la ak lavi kalandriye yo limite.

Ba entèn rezistans selil pèmèt vit chaje ak segondè-aktyèl dechaje. Nan yon pake 18650, Li-Manganèz ka egzeyate nan kouran nan 20-30A ak konstwi modere chalè. Li posib tou pou aplike yon sèl-dezyèm pulsasyon chaj ki rive jiska 50A. Yon chaj kontinyèl nan aktyèl sa a ta lakòz chalè konstwiksyon ak tanperati selil la pa ka depase 80 ° C (176 ° F). Li-Manganèz yo itilize pou zouti pouvwa, enstriman medikal, osi byen ke machin ibrid ak elektrik.

Figi 4 montre fòmasyon nan yon kadriyòm ki genyen twa dimansyon cristalline sou katod la nan yon batri Li-Manganèz. Sa a estrikti spinel, ki se anjeneral ki konpoze de fòm dyaman ki konekte nan yon lasi, parèt apre premye fòmasyon.

Li-Manganèz gen yon kapasite ki apeprè yon tyè pi ba pase Li-Cobalt. Konsepsyon fleksibilite pèmèt enjenyè yo maksimize batri a pou swa lonjevite optimal (lavi span), maksimòm chaj aktyèl (espesifik pouvwa) oswa segondè kapasite (espesifik enèji). Pou egzanp, vèsyon an depi lontan nan selil la 18650 gen yon kapasite modere nan sèlman 1,100mAh; vèsyon an wo-kapasite se 1,500mAh.

Figi 5 montre entènèt la Spider nan yon batri Li-Manganèz tipik. Karakteristik sa yo parèt marginal, men plus desen yo te amelyore an tèm de pouvwa espesifik, sekirite ak span lavi. Pi Li-Manganèz pil yo pa komen jodi a; yo ka sèvi sèlman pou aplikasyon espesyal.

Pifò Li-Manganèz batri melanj ak metal Nicky Manganèz Cobalt oksid (NMC) amelyore enèji a espesifik ak prolonje span nan lavi. Sa a konbinezon pote soti pi bon an nan chak sistèm, ak LMO a (NMC) se chwazi pou pi machin elektrik, tankou Nissan Leaf a, Chevy Volt ak BMW i3. Pati nan LMO nan batri a, ki ka apeprè 30 pousan, bay sipò segondè kounye a sou akselerasyon; Pati NMC a bay ranje kondwi a long.

Li-ion rechèch gravitates lou pou konbine Li-Manganèz ak Cobalt, nikèl, Manganèz ak / oswa aliminyòm kòm aktif kathode materyèl. Nan kèk achitekti, se yon ti kantite silikon ajoute nan anodik la. Sa a bay yon 25 pousan kapasite ranfòse; sepandan, se benefis la souvan konekte ak yon lavi sik pi kout kòm silikon ap grandi ak retresi ak chaj ak egzeyat, sa ki lakòz estrès mekanik.

Sa yo twa metal aktif, osi byen ke amelyorasyon nan Silisyòm ka yon bon pou yo chwazi pou amelyore enèji espesifik (kapasite), pouvwa espesifik (chay kapasite) oswa lonjevite. Pandan ke batri konsomatè ale pou gwo kapasite, aplikasyon endistriyèl mande pou sistèm batri ki gen kapasite loading bon, delivre yon lavi ki long epi yo bay sèvis ki an sekirite ak sérieux.

Tablo Rezime

Tablo 6: Karakteristik oksid Manganèz Lityòm.

Lityòm Nickel Manganèz Cobalt oksid (LiNiMnCoO ₂ oswa NMC)

Youn nan sistèm ki pi siksè Li-ion se yon konbinezon kathode nan nikèl-Manganèz-kobalt (NMC). Menm jan ak Li-Manganèz, sistèm sa yo ka pwepare pou sèvi e kòm Selil enèji ou cellules pouvwa . Pou egzanp, NMC nan yon selil 18650 pou kondisyon chaj modere gen yon kapasite de sou 2,800mAh epi li ka delivre 4A a 5A; NMC nan selil la menm optimisé pou pouvwa espesifik gen yon kapasite de sèlman sou 2,000mAh men delivre yon aktyèl egzeyat kontinyèl nan 20A. Yon Anodis Silisyòm ki baze sou pral ale nan 4,000mAh ak pi wo men nan kapasite redwi loadin g ak lavi pi kout sik. Silisyòm te ajoute nan grafit gen enkonvenyans ke anod a ap grandi ak retresi ak chaj ak egzeyat, fè selil la mekanikman enstab.

Sekrè a nan NMC manti nan konbine nikèl ak Manganèz. Yon analoji nan sa a se sèl tab nan ki engredyan prensipal yo, sodyòm ak klori, yo toksik sou pwòp yo, men melanje yo sèvi kòm séchage sèl ak preserveur manje. Nickel se konnen pou enèji espesifik segondè li yo men estabilite pòv; Manganèz gen benefis nan fòme yon estrikti spinel reyalize rezistans ba entèn men ofri yon ba enèji espesifik. Konbine metal yo amelyore chak lòt fòs.

NMC se batri a nan chwa pou zouti pouvwa, e-bisiklèt ak lòt powertrains elektrik. Konbinezon an kathode se tipikman yon tyè nikèl, yon sèl twazyèm Manganèz ak yon sèl-twazyèm Cobalt, konnen tou kòm 1-1-1. Sa a ofri yon melanj inik ki tou diminye pri a materyèl anvan akòz redwi Cobalt kontni. Yon lòt konbinezon siksè se NCM ak 5 pati nikèl, 3 pati kobalt ak 2 pati Manganèz (5-3-2). Lòt konbinezon lè l sèvi avèk divès kantite materyèl kathode yo posib.

Batri manifaktirè deplase soti nan sistèm Cobalt nan direksyon nikèl cathodes paske nan gwo pwi de cobalt. Nikèl ki baze sou sistèm yo gen pi wo dansite enèji, pi ba pri, ak pi long lavi sik pase selil yo kobalt ki baze sou men yo gen yon vòltaj yon ti kras pi ba yo.

Nouvo elektwolit ak aditif pèmèt chaje 4.4V / selil ak pi wo pou ranfòse kapasite. Figi 7 montre karakteristik NMC yo.

Gen yon mouvman nan direksyon pou NMC-blended Li-ion kòm sistèm lan ka bati ekonomikman epi li reyalize yon bon pèfòmans. Twa materyèl aktif nan nikèl, Manganèz ak Cobalt ka fasil pou reskonsab pare nan yon pakèt aplikasyon pou sistèm otomobil ak enèji depo (EES) ki bezwen souvan monte bisiklèt. Fanmi NMC ap grandi nan divèsite li.

Tablo Rezime

Tablo 8: Karakteristik bitetik nikleyè oksid Manganèz oksid (NMC).

Lityòm Iron Phosphate (LiFePO ₄ )

An 1996, University of Texas (ak kontribitè lòt) te dekouvri fosfat kòm materyèl kathode pou pil rechargeable ityòm. Li-fosfat ofri bon pèfòmans electrochemical ak rezistans ki ba. Sa a se posib ak nano-echèl fosfat materyèl kathode. Benefis kle yo se gwo Rating aktyèl ak lavi sik long, san konte bon estabilite tèmik, amelyore sekirite ak tolerans si viktim abi.

Li-fosfat se plis toleran nan kondisyon chaj plen ak mwens ensiste pase lòt sistèm ityòm-ion si kenbe nan vòltaj segondè pou yon tan pwolonje. (Al gade BU-808: Ki jan yo prolong Batri Lityòm ki baze sou ). Kòm yon komès-off, vòltaj pi ba nominal li yo nan 3.2V / selil diminye enèji espesifik ki anba a sa yo ki an Cobalt-melanje ityòm-ion. Avèk pifò batri, tanperati frèt diminye pèfòmans ak tanperati depo ki wo diminye lavi sèvis la, ak Li-fosfat pa gen okenn eksepsyon. Li-fosfat gen yon pi wo pwòp tèt ou-egzeyat pase lòt Li-ion pil, ki ka lakòz pwoblèm balanse ak aje. Sa a ka diminye pa achte selil bon kalite ak / oswa lè l sèvi avèk elektwonik kontwòl sofistike, tou de nan ki ogmante pri a nan pake a. Pwòpte nan manifakti se enpòtans pou lonjevite. Pa gen okenn tolerans pou imidite, pou batri a pral sèlman delivre 50 sik. Figi 9 rezime atribi ki nan Li-fosfat.

Li-fosfat souvan itilize pou ranplase plon starter asid la. Kat selil nan seri pwodwi 12.80V, yon vòltaj ki sanble ak sis selil asid plon 2V nan seri. Machin chaje asid plon nan 14.40V (2.40V / selil) epi kenbe yon chaj topping. Se chaj topping aplike pou kenbe nivo chaj konplè epi pou anpeche sulfasyon sou pil asid asid yo.

Avèk kat selil Li-phosphate nan seri, chak selil tèt nan 3.60V, ki se vòltaj ki kòrèk la plen-chaj. Nan pwen sa a, chaj la ta dwe dekonekte men chaj la topping ap kontinye pandan y ap kondwi. Li-fosfat se toleran nan kèk chaje; sepandan, kenbe vòltaj la nan 14.40V pou yon tan pwolonje, tankou pifò machin fè sou yon vwayaj wout ki long, te kapab estrès Li-fosfat. Tan ap di ki jan dirab Li-Phosphate pral tankou yon ranplasman asid plon ak yon sistèm chaje regilye sistèm. Tanperati frèt tou redwi pèfòmans nan Li-ion ak sa a kapab afekte kapasite a anpeche nan ka ekstrèm.

Tablo Rezime

Tablo 10: Karakteristik nan ityòm fosfat fè.

Lityòm Nickel Cobalt aliminyòm oksid (LiNiCoAlO ₂ )

Lityòm nikèl cobalt aliminyòm oksid batri, oswa NCA, te alantou depi 1999 pou aplikasyon pou espesyal. Li pataje resanblans ak NMC pa ofri gwo enèji espesifik, rezonab bon espesifik pouvwa ak yon span lavi lontan. Mwens flate yo se sekirite ak pri. Figi 11 rezime sis karakteristik kle yo. NCA se yon devlopman plis nan oksid ityòm nikle; ajoute aliminyòm bay chimi pi gwo estabilite.

Tablo Rezime

Tablo 12: Karakteristik Lithium Nickel Cobalt aliminyòm oksid.

Lityòm Titanate (Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ )

Batri ak anodyòm titanium Titan yo te li te ye depi ane 1980 yo. Li-titanat ranplase grafit la nan anod nan yon tipik batri ityòm-ion ak fòm materyèl yo nan yon estrikti spinel. Katod a ka okòmid ityòm Manganèz oswa NMC. Li-Titàn gen yon vòltaj selil nominal nan 2.40V, ka vit chaje ak delivre yon aktyèl pouvwa aktyèl 10C, oswa 10 fwa kapasite a rated. Konte sik la di pi wo pase sa yo ki nan yon Li-ion regilye. Li-titanat an sekirite, li gen ekselan karakteristik ki ba-tanperati egzeyat epi li jwenn yon kapasite de 80 pousan nan -30 ° C (-22 ° F).

LTO (souvan Li4Ti ₅ O ₁₂ ) gen avantaj sou konvansyonèl Li-ion ki konvansyonèl ak anodit grafit pa rive pwopriyete zewo-souch, pa gen okenn fòmasyon fim SEI ak pa gen okenn plastik ityòm lè vit chaje ak chaje nan tanperati ki ba. Estabilite tèmik anba tanperati ki wo se pi bon pase lòt sistèm Li-ion; sepandan, batri a se chè. Nan sèlman 65Wh / kg, enèji espesifik la se ba, rivaling ki nan NiCd. Li-titanat chaj pou 2.80V / selil, ak nan fen egzeyat se 1.80V / selil. Figi 13 montre karakteristik batri Li-titanate a. Itilize tipik yo se powèt elektrik, UPS ak solè ki mache ak pil ekleraj.
 

Tablo Rezime

Tablo 14: Karakteristik titanium ityium.

Figi 15 konpare enèji espesifik nan sistèm plon, nikèl ak ityòm ki baze sou. Pandan ke Li-aliminyòm (NCA) se gayan an klè pa estoke plis kapasite pase lòt sistèm, sa a sèlman aplike nan enèji espesifik. An tèm de pouvwa espesifik ak estabilite tèmik, Li-Manganèz (LMO) ak Li-fosfat (LFP) yo se siperyè. Li-Titàn (LTO) ka gen kapasite ki ba, men chimi sa a revòlt pifò lòt pil an tèm de span lavi epi tou li gen pi bon pèfòmans tanperati frèt la. Deplase sou direksyon elektrik, sekirite ak lavi sik pral jwenn dominasyon sou kapasite. (LCO vle di Li-Cobalt, orijinal Li-ion.)

Figi 15: tipik enèji espesifik nan plon, nikèl- ak ityòm ki baze sou pil.
NCA jwi enèji ki pi wo a espesifik; Sepandan, Manganèz ak fosfat yo siperyè an tèm de pouvwa espesifik ak estabilite tèmik. Li-Titàn gen span ki pi bon an.
^{Koutwazi nan Cadex}