ความเข้าใจอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับลักษณะและพารามิเตอร์ของแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปหกตัว (3/6)

March 11, 2019

LiMn 2 O 4

แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีส Spinel ได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 1983 ในปี 1996 บริษัท Moli Energy Company ทำการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยใช้ลิเทียมแมงกานีสเป็นวัสดุแคโทด โครงสร้างดังกล่าวเป็นโครงสร้างแบบสปิเพิลสามมิติซึ่งสามารถปรับปรุงการไหลของไอออนบนอิเล็กโทรดได้จึงช่วยลดความต้านทานภายในและปรับปรุงขีดความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า ข้อดีอีกอย่างของสปิเนลคือเสถียรภาพทางความร้อนและความปลอดภัยสูง แต่วงจรชีวิตและปฏิทินมี จำกัด

กำลังจ่ายกระแสไฟที่ 20-30A โดยมีการสะสมความร้อนปานกลาง โหลดพัลส์ได้สูงสุด 50A1 วินาทีนอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้ ภาระที่สูงอย่างต่อเนื่องที่กระแสนี้จะนำไปสู่การสะสมความร้อนและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ไม่ควรเกิน 80 C (176 F) ลิเธียมแมงกานีสถูกนำมาใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าอุปกรณ์การแพทย์และยานพาหนะไฟฟ้าไฮบริดและบริสุทธิ์

รูปที่ 4 แสดงการก่อตัวของโครงกระดูกคริสตัลสามมิติบนแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีส โครงสร้าง Spinel มักจะประกอบด้วยรูปขนมเปียกปูนที่เชื่อมต่อกับตาข่ายและมักจะเกิดขึ้นหลังจากการก่อตัวของแบตเตอรี่

รูปที่ 4: โครงสร้างลิเทียมแมงกานีสการตกผลึกของลิเธียมแมงกานีสแคโทดมีโครงสร้างโครงกระดูกสามมิติที่เกิดขึ้นหลังจากการก่อตัว Spinel ให้ความต้านทานต่ำ แต่ให้พลังงานต่ำกว่าลิเทียมโคบอลต์
ความสามารถของลิเทียมแมงกานีสนั้นต่ำกว่าลิเทียมโคบอลต์ประมาณหนึ่งในสาม ความยืดหยุ่นในการออกแบบช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่หรือเพิ่มกระแสโหลดสูงสุด (พลังงานเฉพาะ) หรือความจุ (พลังงานเฉพาะ) ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่รุ่น 18650 มีอายุการใช้งานยาวนานมีความจุปานกลางเพียง 1,100 mAh ในขณะที่รุ่นความจุสูงมีความจุปานกลาง 1,500 มิลลิแอมป์ รูปที่ 5 แสดงแผนภาพแมงมุมของแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสทั่วไป พารามิเตอร์ลักษณะเหล่านี้ดูเหมือนจะไม่เหมาะ แต่การออกแบบใหม่ปรับปรุงในด้านพลังงานความปลอดภัยและชีวิต แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสบริสุทธิ์ไม่เป็นที่นิยมอีกต่อไปในปัจจุบัน พวกมันถูกใช้ในสถานการณ์พิเศษเท่านั้น
รูปที่ 5: แมงมุมแผนภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสบริสุทธิ์
แม้จะมีประสิทธิภาพโดยทั่วไปแล้วการออกแบบลิเทียมแมงกานีสใหม่สามารถปรับปรุงพลังงานความปลอดภัยและชีวิตได้

ลิเทียมแมงกานีสส่วนใหญ่ผสมกับลิเทียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (NMC) เพื่อเพิ่มพลังงานเฉพาะและยืดอายุ การรวมกันนี้นำเสนอประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของแต่ละระบบและยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่เช่น Nissan Leaf, Chevrolet Volt และ BMW i3 ใช้ LMO (NMC) ส่วน LMO ของแบตเตอรี่สามารถเข้าถึงประมาณ 30% และให้กระแสที่สูงขึ้นเมื่อเร่งความเร็วในขณะที่ส่วน NMC ให้ระยะยาว

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีแนวโน้มที่จะรวมลิเทียมแมงกานีสกับโคบอลต์นิกเกิลแมงกานีสและ / หรืออลูมิเนียมเป็นวัสดุแคโทดที่ใช้งานอยู่ ในสถาปัตยกรรมบางชนิดซิลิคอนจำนวนเล็กน้อยจะถูกเพิ่มเข้าไปในขั้วบวก นี่เป็นการเพิ่มกำลังการผลิต 25%; อย่างไรก็ตามเมื่อซิลิคอนขยายตัวและหดตัวในระหว่างการชาร์จและการคายประจุจะทำให้เกิดความเครียดเชิงกลซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับชีวิตรอบสั้น

โลหะแอคทีฟทั้งสามชนิดนี้และการเสริมกำลังซิลิคอนสามารถเลือกได้อย่างสะดวกสบายเพื่อปรับปรุงพลังงาน (ความจุ), พลังงานเฉพาะ (ความสามารถในการโหลด) หรือชีวิต แบตเตอรี่ผู้บริโภคต้องการความจุขนาดใหญ่ในขณะที่การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต้องการระบบแบตเตอรี่ที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักที่ดีอายุการใช้งานยาวนานและให้บริการที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้

ตารางสรุป

ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์: LiMn2O4 แคโทดขั้วบวกไฟท์

ชื่อย่อ: LMO หรือ Li-Mn (โครงสร้าง spinel) ตั้งแต่ปี 1996

3.70V (3.80V) แรงดันไฟฟ้า 3.0-4.2V 3.70V (3.80V) ค่าที่ระบุ; ช่วงการทำงานทั่วไป 3.0-4.2V / แบตเตอรี่

พลังงานเฉพาะ (ความจุ) 100-150 Wh / kg

การชาร์จ (อัตรา C) ค่าทั่วไปคือ 0.7-1C, ค่าสูงสุดคือ 3C, ชาร์จให้ 4.20V (แบตเตอรี่ส่วนใหญ่)

ปล่อย (อัตรา C) 1C; แบตเตอรี่บางตัวสามารถไปถึง 10C, 30C pulse (5s), 2.50V cut-off

วงจรชีวิต 300-700 (ขึ้นอยู่กับความลึกของการปล่อยและอุณหภูมิ)

ค่าทั่วไปของความร้อนที่ควบคุมไม่ได้คือ 250 องศา C (482 องศา F) ค่าใช้จ่ายสูงส่งเสริมการระบายความร้อนหนี

การประยุกต์เครื่องมือไฟฟ้าอุปกรณ์การแพทย์ระบบส่งกำลังไฟฟ้า

หมายเหตุ: พลังงานสูง แต่ความจุต่ำ; ปลอดภัยกว่าลิเทียมโคบอลต์ มักผสมกับ NMC เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ