Enam jenis baterai lithium yang umum dan parameter kinerja utama mereka

Kita sering berbicara tentang baterai lithium ternar atau baterai lithium besi, yang diberi nama untuk baterai lithium setelah bahan aktif katode.Makalah ini meringkas enam jenis baterai lithium yang umum dan parameter kinerja utama merekaSeperti yang kita semua tahu, jalur teknis yang sama dari sel, parameter spesifik tidak persis sama, makalah ini menunjukkan tingkat umum dari parameter saat ini.Enam baterai lithium termasuk: lithium cobalt oxide (LiCoO2), lithium manganese manganate (LiMn2O4), lithium nickel-cobalt manganate (LiNiMnCoO2 atau NMC), lithium nickel-cobalt aluminate (LiNiCoAlO2 atau NCA),Lithium iron phosphate (LiFePO4) dan lithium titanate (Li4Ti5O12).

Lithium cobalt oxide (LiCoO2) Energi spesifiknya yang tinggi membuat lithium cobalt oxide menjadi pilihan populer untuk ponsel, laptop dan kamera digital.Baterai terdiri dari katoda kobalt-oksida dan anode grafit-karbonKatode memiliki struktur berlapis, di mana ion lithium bergerak dari anoda ke katode, dan proses pengisian mengalir ke arah yang berlawanan.Selama pelepasan, ion lithium bergerak dari anoda ke katoda; aliran dari katoda ke anode selama pengisian.Stabilitas termal rendah dan kapasitas beban terbatas (kekuatan spesifik)Seperti baterai lithium-ion hibrida kobalt lainnya, lithium cobalt oxide menggunakan anode grafit, dan umur siklusnya terutama dibatasi oleh antarmuka elektrolit padat (SEI),terutama tercermin dalam penebalan film SEI secara bertahap, dan plating litium anode dalam proses pengisian cepat atau proses pengisian suhu rendah.kapasitas beban dan mengurangi biayaLithium cobalt oxide tidak akan diisi dan dilepaskan pada arus yang lebih tinggi dari kapasitas.400mAh hanya bisa diisi dan dilepaskan pada kurang dari atau sama dengan 2Untuk pengisian cepat yang optimal, produsen merekomendasikan pengganda muatan 0.8C atau sekitar 2,000mA. Sirkuit perlindungan baterai membatasi tingkat pengisian dan pengurangan unit energi ke tingkat keamanan sekitar 1C.

Baterai lithium manganate (LiMn2O4) lithium spinel manganate pertama kali diterbitkan pada tahun 1983. Pada tahun 1996, Moli Energy mengkomersialkan baterai lithium-ion dengan lithium manganese oxide sebagai bahan katode.Arsitektur membentuk struktur spinel 3 dimensi yang meningkatkan aliran ion pada elektroda dan, sehingga mengurangi resistensi internal dan meningkatkan kapasitas membawa arus. Keuntungan lain dari spinel adalah stabilitas termal yang tinggi, peningkatan keselamatan,tapi bersepeda terbatas dan umur kalender. Baterai resistensi internal rendah memungkinkan pengisian cepat dan debit arus tinggi. sel tipe 18650, baterai lithium manganat dapat debit pada arus 20-30A,dengan akumulasi panas sedang. hingga 50A1 detik beban denyut juga dapat diterapkan. beban tinggi konstan pada arus ini menyebabkan panas untuk membangun, dan suhu baterai tidak dapat melebihi 80 ° C (176 ° F).Lithium manganate digunakan dalam alat listrikLithium manganate adalah sekitar sepertiga kurang kuat dari lithium kobalt oxide.Desain yang fleksibel memungkinkan insinyur memilih untuk memaksimalkan umur baterai, atau untuk meningkatkan arus beban maksimum (kekuatan spesifik) atau kapasitas (energi spesifik).Versi berkapasitas tinggi memiliki 1500mAh.

Sebagian besar lithium manganese oxide dicampur dengan lithium nickel-manganese cobalt oxide (NMC) untuk meningkatkan energi spesifik dan memperpanjang umur.dan sebagian besar kendaraan listrik, seperti Nissan Leaf, Chevrolet Volt, dan BMW i3, memiliki LMO (NMC). Bagian LMO dari baterai dapat mencapai sekitar 30%, yang dapat memberikan arus tinggi saat mempercepat;dan bagian NMC memberikan jangkauan panjang. Studi baterai lithium-ion cenderung menggabungkan lithium manganese oxide dengan kobalt, nikel, mangan, dan / atau aluminium sebagai bahan katode aktif.sejumlah kecil silikon ditambahkan ke anodaHal ini memberikan peningkatan kapasitas 25%; Namun, silikon memperluas dan kontrak dengan muatan dan pelepasan, menyebabkan tekanan mekanik,dan peningkatan kapasitas sering terkait erat dengan umur siklus pendekTiga logam aktif dan peningkatan silikon ini dapat dengan mudah dipilih untuk meningkatkan energi spesifik (kapasitas), daya spesifik (kapasitas beban) atau umur.,sedangkan aplikasi industri membutuhkan sistem baterai, dengan kapasitas beban yang baik, umur panjang, dan menyediakan layanan yang aman dan andal.

Salah satu sistem lithium-ion lithium-nikel-kobalt-mangan-manganat (LiNiMnCoO2 atau NMC) yang paling sukses adalah kombinasi katoda nikel-nikel-mangan-kobalt (NMC).Mirip dengan lithium manganate, sistem dapat disesuaikan sebagai baterai energi atau baterai daya.800mAh dan dapat menyediakan arus debit 4A sampai 5A; jenis NMC yang sama dioptimalkan untuk daya spesifik dengan kapasitas hanya 2.000mAh, tetapi dapat memberikan arus pelepasan terus menerus 20A. Anode berbasis silikon akan mencapai lebih dari 4000mAh,tapi kapasitas beban berkurang dan umur siklus dipersingkatSilikon yang ditambahkan ke grafit memiliki cacat, yaitu, anode mengembang dan berkontraksi dengan pengisian dan pelepasan, membuat struktur tegangan mekanik besar baterai tidak stabil.Rahasia NMC adalah kombinasi nikel dan manganSeperti ini adalah garam meja, di mana bahan utama natrium dan klorida sendiri beracun, tetapi mereka dicampur sebagai garam rasa dan pengawet makanan.Nikel dikenal dengan energi spesifiknya yang tinggi, tetapi memiliki stabilitas yang buruk; struktur spinel mangan mencapai ketahanan internal yang rendah tetapi energi spesifik yang lebih rendah.NMC adalah baterai pilihan untuk alat listrik, sepeda listrik dan powertrain listrik lainnya. Kombinasi katoda biasanya satu pertiga nikel, tiga mangan dan tiga kobalt, juga dikenal sebagai 1-1-1.Hal ini memberikan campuran unik yang juga mengurangi biaya bahan baku karena penurunan kandungan kobaltKombinasi lain yang berhasil adalah NCM, yang mengandung 5 bagian nikel, 3 bagian kobalt, dan 2 bagian mangan (5 3-2).Kombinasi lain dari berbagai jumlah bahan katode juga dapat digunakanKarena biaya kobalt yang tinggi, produsen baterai beralih dari kobalt ke nikel katode.dan umur siklus yang lebih lama daripada baterai berbasis kobalt, tapi mereka memiliki tegangan yang sedikit lebih rendah.

Litium iron phosphate (LiFePO 4) Pada tahun 1996, Universitas Texas menemukan bahwa fosfat dapat digunakan sebagai bahan katode untuk baterai lithium yang dapat diisi ulang.Lithium phosphate memiliki sifat elektrokimia yang baik dan resistensi yang rendahHal ini dicapai dengan menggunakan bahan katoda fosfat berskala nano. Keuntungan utama adalah arus bernomor tinggi dan umur siklus panjang; stabilitas termal yang baik, keamanan yang ditingkatkan dan toleransi penyalahgunaan.Jika dipelihara pada tegangan tinggi untuk waktu yang lama, lithium phosphate lebih toleran terhadap semua kondisi pengisian dan kurang tertekan daripada sistem lithium-ion lainnya.Tegangan nominal baterai 2V membuat energi spesifik lebih rendah daripada baterai lithium ion doping kobaltUntuk sebagian besar baterai, suhu rendah mengurangi kinerja, meningkatkan suhu penyimpanan memperpendek umur layanan, dan lithium fosfat tidak terkecuali.Lithium phosphate memiliki pembebasan diri yang lebih tinggi daripada baterai lithium-ion lainnya, yang dapat menyebabkan masalah penuaan dan keseimbangan lebih lanjut yang dapat dikompensasi dengan menggunakan baterai berkualitas tinggi atau menggunakan sistem manajemen baterai canggih,tapi kedua metode meningkatkan biaya paket baterai. Baterai hidup sangat sensitif terhadap kotoran dalam proses manufaktur, dan tidak dapat menahan doping air.beberapa baterai memiliki umur minimal hanya 50 siklusGambar 9 meringkas sifat-sifat lithium phosphate. lithium phosphate umumnya digunakan sebagai pengganti baterai starter asam timbal.dengan tegangan yang sama dengan enam sel asam timbal 2V dalam seriKendaraan mengisi asam timbal ke baterai 14,40V (2,40V/baterai) dan tetap mengambang.Tujuan muatan terapung adalah untuk mempertahankan tingkat muatan penuh dan mencegah sulfatasi baterai asam timbal.

Lithium nickel-cobalt aluminate (LiNiCoAlO2 atau NCA) baterai lithium nickel-cobalt aluminate atau NCA telah digunakan sejak tahun 1999.daya spesifik yang cukup baik dan umur layanan yang panjang mirip dengan NMCYang kurang menghibur adalah keamanan dan biaya.

Lithium titanate (Li4Ti5O12) Baterai lithium titanate anode telah dikenal sejak tahun 1980-an.dan bahan membentuk struktur spinelKatode dapat lithium manganate atau NMC. Lithium titanate memiliki tegangan baterai nominal 2,40V, yang dapat cepat diisi, dan memberikan arus debit tinggi 10C.Jumlah siklus dikatakan lebih tinggi daripada baterai lithium-ion konvensionalLithium titanate aman dan memiliki sifat pelepasan suhu rendah yang sangat baik, mencapai 80% dari kapasitas pada -30 ° C (-22 ° F).Tidak ada pembentukan membran SEI dan tidak ada fenomena galvanisasi lithium selama pengisian cepat dan pengisian suhu rendahStabilitas termal pada suhu tinggi juga lebih baik daripada sistem lithium-ion lainnya;Namun,, baterai mahal. Energi spesifiknya rendah, hanya 65Wh / kg, sebanding dengan NiCd. Lithium titanate diisi dengan 2,80V dan 1,80V saat debit.Gambar 13 menunjukkan sifat baterai lithium titanate. Penggunaan khas adalah penggerak listrik, UPS, dan lampu jalan surya.Lithium manganate dan lithium iron phosphate memberikan kekuatan spesifik dan stabilitas termal yang superior. Lithium titanate memiliki masa pakai terbaik.