فهم سريع لخصائص ومسببات بطاريات الليثيوم الست الشائعة (3/6)

March 11, 2019

LiMn 2 O 4

تم الإبلاغ لأول مرة عن بطاريات المنغنيز من سبينيل الليثيوم في عام 1983. في عام 1996 ، قامت شركة مولي إنرجي بتسويق بطاريات أيونات الليثيوم باستخدام المنجنيث الليثيوم كمواد كاثودية. تشكل البنية بنية سبينيل ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكنها تحسين تدفق الأيون على القطب ، وبالتالي تقليل المقاومة الداخلية وتحسين القدرة الاستيعابية الحالية. ميزة أخرى من الإسبنيل هي ثباتها وسلامتها الحرارية العالية ، ولكن دورة حياتها وتقويمها محدودة.

يتم تفريغ الطاقة في تيار 20-30 أمبير مع تراكم معتدل للحرارة. يمكن أيضًا استخدام نبضات الحمل التي تصل إلى 50 A1 ثانية. الحمل المستمر العالي في هذا التيار سيؤدي إلى تراكم الحرارة ، ويجب ألا تتجاوز درجة حرارة البطارية 80 درجة مئوية (176 فهرنهايت). يستخدم المنجنيث الليثيوم في الأدوات الكهربائية ، والأجهزة الطبية ، والمركبات الكهربائية الهجينة والصرفة.

يوضح الشكل 4 تشكيل هيكل عظمي بلوري ثلاثي الأبعاد على كاثود بطارية منغنات الليثيوم. تتكون بنية الإسبينيل عادة من شكل معين متصل بالشبيكة ، وعادة ما يحدث بعد تكوين البطاريات.

الشكل 4: هيكل المنجنيث الليثيوم. تتبلور كاثود المنجنيث الليثيوم له هيكل عظمي ثلاثي الأبعاد يتكون بعد التكوين. يوفر الإسبنيل مقاومة منخفضة ولكن طاقة محددة أقل من الليثيوم الكوبالت.
تبلغ قدرة المنجنيث الليثيوم حوالي الثلث أقل من طاقة الليثيوم الكوبالت. تسمح مرونة التصميم للمهندسين باختيار زيادة عمر البطارية ، أو لزيادة أقصى حمل للحمولة (طاقة محددة) أو سعة (طاقة محددة). على سبيل المثال ، تبلغ سعة بطارية 18650 طويلة العمر سعة متوسطة تبلغ 1100 ميللي أمبير في الساعة ، في حين أن سعة المحرك ذات السعة العالية تبلغ 1500 ميجا أمبير. يوضح الشكل 5 رسم تخطيطي عنكبوت لبطارية ليثيوم المنجنيز النموذجية. هذه المعلمات المميزة لا تبدو مثالية ، ولكن التصميم الجديد يتحسن في القوة والسلامة والحياة. بطاريات المنجنيز الليثيوم النقية لم تعد شائعة اليوم ؛ يتم استخدامها فقط في حالات خاصة.
الشكل 5: رسم تخطيطي عنكبوت لبطارية ليثيوم المنجنيث الخالصة.
على الرغم من الأداء العام ، فإن تصميم المنجنيث الجديد من الليثيوم يمكن أن يحسن الطاقة والسلامة والحياة.

يتم خلط معظم المنجنيث الليثيوم مع أكسيد الكوبالت الليثيوم نيكل المنجنيز (NMC) لزيادة الطاقة المحددة وإطالة العمر. يحقق هذا المزيج أفضل أداء لكل نظام ، ومعظم السيارات الكهربائية ، مثل Nissan Leaf ، و Chevrolet Volt ، و BMW i3 ، تستخدم LMO (NMC). يمكن أن يصل جزء LMO من البطارية إلى حوالي 30٪ ويوفر تيارًا أعلى في التسارع ، بينما يوفر جزء NMC نطاقًا بعيدًا.

تميل بطاريات Lithium-ion إلى دمج langium manganate مع الكوبالت والنيكل والمنجنيز و / أو الألومنيوم كمواد كاثودية نشطة. في بعض البنى ، يتم إضافة كمية صغيرة من السليكون إلى الأنود. يوفر هذا زيادة في السعة بنسبة 25٪ ؛ ومع ذلك ، مع توسع السليكون وتقلصه أثناء الشحن والتفريغ ، فإنه يؤدي إلى إجهاد ميكانيكي ، والذي يرتبط عادة ارتباطًا وثيقًا بحياة دورة قصيرة.

يمكن اختيار هذه الأنواع الثلاثة من المعادن النشطة والسيليكون التعزيز بسهولة لتحسين طاقة (طاقة) محددة ، طاقة محددة (سعة الحمولة) أو الحياة. تحتاج البطاريات الاستهلاكية إلى سعة كبيرة ، في حين تحتاج التطبيقات الصناعية إلى أنظمة بطاريات ، ذات سعة تحميل جيدة وعمر طويل وتوفر خدمات آمنة وموثوقة.

جدول التلخيص

أكسيد المنجنيث الليثيوم: الكاثود LiMn2O4 ، الأنود الجرافيت.

الاختصار: LMO أو Li-Mn (بنية الإسبنيل) منذ عام 1996

3.70V (3.80V) 3.0-4.2V الجهد 3.70V (3.80V) القيمة الاسمية ؛ نطاق التشغيل النموذجية 3.0-4.2V / بطارية

طاقة محددة (سعة) 100-150 واط / كجم

القيمة النموذجية للسعر (C) هي 0.7-1C ، القيمة القصوى هي 3C ، الشحن إلى 4.20V (معظم البطاريات)

التفريغ (C معدل) 1C. يمكن أن تصل بعض البطاريات إلى 10C ، و 30 C pulse (5s) ، و 2.50 V مقطوعة.

دورة الحياة 300-700 (اعتمادا على عمق التفريغ ودرجة الحرارة)

القيمة النموذجية للهروب الحراري هي 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت). ارتفاع تهمة يعزز حر هارب

تطبيق الأدوات الكهربائية ، المعدات الطبية ، نظام نقل الطاقة الكهربائية

ملاحظات: طاقة عالية ولكن قدرة منخفضة ؛ أكثر أمانا من الليثيوم الكوبالت. عادة ما يتم مزجها مع NMC لتحسين الأداء.