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科普:六種鋰電池特性及參數對此

2021-10-19 14:58 性質:編譯 作者:Litong 來源:中國叉車網-中叉網
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2、錳酸鋰(LiMn2O4)

錳酸鋰電池是指以錳酸鋰為負極材料的電池。其標稱電壓為3.7V。是目前主流的動力電池。這種電池具有普通的能量密度和循環(huán)壽命。環(huán)保,無專利限制。但錳酸鋰不是很穩(wěn)定,容易分解氣體,可能導致溶脹,高溫性能差。

錳酸鋰,化學式為LiMn2O4(LCM),是一種很有前景的鋰離子負極材料。與鈷酸鋰等傳統(tǒng)負極材料相比,錳酸鋰資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好。是一種理想的動力電池負極材料。

錳酸鋰傾向于尖晶石型。LiMn2O4尖晶石錳酸鋰是Hunter于1981年制造的第一種具有3D鋰離子通道的負極材料,至今已受到國內外眾多學者和研究人員的關注。作為電極材料,它具有價格低、潛力大、環(huán)境友好、安全性能好等優(yōu)點,是替代LiCoO2最有前途的新一代鋰離子電池負極材料。

LMO 電池正極

錳酸鋰的主要成分是尖晶石型錳酸鋰和層狀結構的錳酸鋰。尖晶石結構的錳酸鋰模型屬于立方晶系,是一種Fd3m空間群。目前,高容量錳酸鋰負極材料結構合理。鋰離子可以輕松可逆地脫離尖晶石晶格,因為結構相對安全,不存在結構坍塌的風險,產品的安全性得到保障。

1、層狀結構LiMnO2的理論容量為285mA·h/g,電壓平臺為4V。層狀結構難以合成且不穩(wěn)定。易生成尖晶石結構Li2Mn2O4,導致電壓平臺下降、穩(wěn)定性差和不可逆容量衰減。

2、高壓尖晶石LiMn2O4理論容量148mA·h/g,電壓平臺4.15。其高溫性能較差,55℃以上容量衰減嚴重。容易產生尖晶石結構的Li2Mn2O4,導致電壓平臺下降、穩(wěn)定性差、容量衰減不可逆等問題,這就是目前工業(yè)上使用的錳酸鋰氧化物。

3.尖晶石Li2Mn2O4電壓低3V,容量低,循環(huán)不良。人們正在研究如何避免這些問題。

LMO 電池組成

錳酸鋰電池是以錳酸鋰為陽極,石墨為陰極,以LiPF6有機溶液為電解液的鋰離子電池。其標稱電壓為3.7V。鋁殼包裝錳酸鋰電池結構如下圖所示:

圖4:錳酸鋰電池

錳酸鋰陰極結晶形成具有在化成后成型的三維骨架結構。尖晶石提供低電阻,但比能量低于鈷酸鋰。 

錳酸鋰的容量大約比鈷酸鋰低三分之一。設計靈活性使工程師能夠選擇最大限度地延長電池的使用壽命,或者提高最大負載電流(比功率)或容量(比能)。例如,18650電池的長壽命版本只有1,100mAh的適中容量; 高容量版本則達到1,500mAh。

圖5顯示了典型錳酸鋰電池的蜘蛛圖。這些特性參數似乎不太理想,但新設計在功率,安全性和壽命方面有所改進。純錳酸鋰電池今天不再普遍; 它們只在特殊情況下應用。

圖5:純錳酸鋰電池結構圖。

盡管整體性能一般,但新型錳酸鋰設計可以提高功率,安全性和壽命。

錳酸鋰具有倍率性能好、制備容易、成本低等優(yōu)點。缺點是錳的溶解導致高溫性能和循環(huán)性能較差。通過摻雜鋁和燒結造粒,高溫性能和循環(huán)性能大大提高,基本可以滿足實際使用??偟膩碚f,錳酸鋰電池成本低,穩(wěn)定性好,低溫性能好,但高溫性能較差,衰減稍快。

負極材料成本低,安全性好,低溫性能好,但材料本身穩(wěn)定性較差,易分解產生氣體,因此傾向于與其他材料混合,以降低成本的電池。但循環(huán)壽命衰減較快,容易出現鼓包現象。其高溫性能較差,循環(huán)壽命較短。主要用于大中型電池、動力電池。標稱電壓為 3.7 V。

錳酸鋰是一種很有前景的鋰離子負極材料。與鈷酸鋰等傳統(tǒng)負極材料相比,錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點。是動力電池的理想負極材料。因此,鋰電池電極材料,尤其是新一代錳酸鋰負極材料,在電動汽車動力電池市場潛力巨大。由于錳酸鋰價格低廉,資源豐富,比鈷酸鋰和鎳酸鋰更容易生產,這將使鋰離子電池進入一個新的發(fā)展時代。

由于錳酸鋰材料具有如此鮮明的特性,人們會利用其優(yōu)勢,避免其劣勢。因此,錳酸鋰電池應用于不同的領域,通常稱為A類和B類應用。

A類是指動力電池,注重安全性和回收性能。要求具有100~115mAh/g的可

錳酸鋰電池是陽極使用錳酸鋰材料的電池。錳酸鋰電池標稱電壓為2.5~4.2V。錳酸鋰電池因其成本低、安全性好而被廣泛使用。

錳酸鋰電池成本低、安全性好、低溫性能好,但材料本身穩(wěn)定性較差,易分解產生氣體,因此傾向于與其他材料配合使用,以減少電池的成本。但循環(huán)壽命衰減快,容易鼓包,高溫性能差,壽命較短。主要用于大中型電池和動力電池。其標稱電壓為3.7 V。

匯總表

錳酸鋰氧化物: LiMn2O4陰極,石墨陽極              ;                                                 

簡稱:LMO或Li-Mn(尖晶石結構)始于1996年以來

電壓3.70V(3.80V)標稱值; 典型工作范圍3.0-4.2V /每只電池
比能(容量)100-150Wh / kg的
充電(C率)典型值為0.7-1C,最大值為3C,充電至4.20V(大部分電池)
放電(C率)1C; 一些電池可以達到10C,30C脈沖(5s),2.50V截止
循環(huán)壽命300-700(與放電深度,溫度有關)
熱失控典型值為250°C(482°F)。高電荷促進熱失控
應用電動工具,醫(yī)療設備,電動動力傳動系統(tǒng)
注釋功率大但容量少; 比鈷酸鋰更安全; 通常與NMC混合以提高性能。

表6:錳酸鋰氧化物的特性

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