انواع لیتیم یون

- Feb 21, 2019-

منبع: https://batteryuniversity.com

لیتیوم یون برای مواد فعال آن نامگذاری شده است کلمات به صورت کامل نوشته شده یا توسط نمادهای شیمیایی آنها نوشته شده اند. مجموعه ای از حروف و اعداد با هم به هم چسبیده می شود، سخت است که بخاطر داشته باشیم و حتی سخت تر بگوییم، و شیمی در باتری نیز در حروف اختصاری شناسایی شده است.

به عنوان مثال، اکسید کبالت لیتیوم، یکی از رایج ترین یون های لیتیوم، دارای نمادهای شیمیایی LiCoO 2 و اختصار LCO است. به دلائل سادگی، لیتیوم کبالت کوتاه نیز می تواند برای این باتری استفاده شود. کبالت مواد اصلی اصلی است که این شخصیت باتری را به ارمغان می آورد. سایر مواد شیمیائی لیتیونی مشابه نامهای فرم کوتاه مشابه هستند. این بخش شش شایع ترین یون های لیتیوم را فهرست می کند. همه نوشته ها برآوردهای متوسط در زمان نوشتن است.

اکسید کبالت لیتیم (LiCoO 2 )

انرژی خاص خود را باعث می شود Li-کبالت انتخاب محبوب برای تلفن های همراه، لپ تاپ ها و دوربین های دیجیتال است. باتری شامل یک کاتد اکسید کبالت و یک آند کربن گرافیت است. کاتد دارای ساختار لایه ای است و در زمان تخلیه یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کنند. جریان بر روی شارژ متوقف می شود. نقص لی کوبالت نسبتا کوتاه مدت عمر، پایداری حرارتی کم و قابلیت بار محدود (قدرت خاص) است. شکل 1 ساختار را نشان می دهد.


image

شکل 1 : ساختار لیت کبالت.
کاتد دارای ساختار لایه ای است. در طی تخلیه یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کنند؛ در شارژ جریان از کاتد به آنود است.


نقص لی کوبالت نسبتا کوتاه مدت عمر، پایداری حرارتی کم و قابلیت بار محدود (قدرت خاص) است. Li-cobalt مانند دیگر لیتیوم یون های مخلوط کبالت حاوی یک گرافیت گرافیت است که عمر چرخه را با یک رابط الکترولیت جامد (SEI) محدود می کند ، ضخیم شدن روی آند و ریختن لیتیوم در حالی که شارژ سریع و شارژ کردن در دمای پایین است. سیستم های جدیدتری شامل نیکل، منگنز و / یا آلومینیوم برای بهبود طول عمر، قابلیت بارگیری و هزینه است.

لیتیوم کبالت نباید در یک جریان بالاتر از میزان C آن تخلیه و تخلیه شود. این بدان معنی است که یک سلول 18650 با 2400mAh تنها می تواند در 2.400mA شارژ و تخلیه شود. مجبور کردن شارژ سریع یا استفاده از بار بیش از 2400 میلی آمپر باعث ایجاد بیش از حد و استرس ناخواسته می شود. برای شارژ سریع بهینه، سازنده توصیه می کند که نرخ C 0.8C یا حدود 2000 میلی آمپر باشد. (SE -BU-402: نرخ C) چیست ؟ مدار محافظتی اجباری باتری میزان شارژ و تخلیه را به سطح ایمنی حدود 1C برای سلول انرژی محدود می کند.

گرافیک عنکبوتی شش ضلعی (شکل 2) عملکرد لیت کبالت را با توجه به انرژی خاص یا ظرفیت مربوط به زمان اجرا خلاصه می کند. قدرت خاص یا توانایی ارائه جریان بالا؛ ایمنی؛ عملکرد در دمای گرم و سرد؛ طول عمر انعکاس دهنده زندگی چرخه و طول عمر؛ و هزینه سایر ویژگی های مورد علاقه ای که در صفحات عنکبوت نشان داده نمی شود، سمیت، قابلیت شارژ سریع، خود تخلیه و عمر مفید می باشد. (نگاه کنید به BU-104c: باتری هشت هسته ای - چه چیزی باعث باتری یک باتری می شود ).

لیتیوم کبالت به علت هزینه بالای کبالت و بهبود عملکرد با ترکیب سایر مواد کاتدی فعال، منفی لی ممانس، اما به ویژه NMC و NCA را از دست می دهد. (توضیحات NMC و NCA را در زیر ببینید.)

image

شکل 2 : تصویربرداری از یک لیتیوم کبالت به طور متوسط.
لیتیوم کبالت بر روی انرژی خاص خاص است اما دارای قدرت، ایمنی و عمر مفید خاصی است.


جدول جمع بندی

لیتیم کبالت اکسید: کاتدی LiCoO 2 (~ 60٪ شرکت)، آند گرافیت
فرم کوتاه: LCO یا لی کبالت. از سال 1991

ولتاژ

3.60V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول

انرژی خاص (ظرفیت)

150-200 وات / کیلوگرم. سلول های تخصصي تا 240Wh / kg ارائه می کنند.

شارژ (نرخ C)

0.7-1C، هزینه 4.20V (اکثر سلول ها)؛ 3 ساعت شارژ معمولی شارژ فعلی بالای 1C، عمر باتری را کوتاه می کند.

تخلیه (نرخ C)

1C؛ 2.50V قطع شده است. جریان تخلیه بالای 1C، عمر باتری را کاهش می دهد.

زندگی چرخه

500-1000 مربوط به عمق تخلیه، بار، درجه حرارت

فرار حرارتی

150 درجه سانتی گراد (302 درجه فارنهایت). شارژ کامل باعث فرار از حرارتی می شود

برنامه های کاربردی

تلفن های همراه، قرص، لپ تاپ ها، دوربین ها

نظرات

انرژی خاص خاص، قدرت خاص محدود است. کبالت گران است خدمت به عنوان سلول انرژی سهم بازار تثبیت شده است.

جدول 3: مشخصات اکسید کبالت لیتیوم.

اکسید manganese لیتیم (LiMn 2 O 4 )

یون لیتیوم با اسپینل منگنال برای اولین بار در سال 1983 در بولتن تحقیقات مواد منتشر شد. در سال 1996 مولی انرژی یک لایه یون لیتیوم با اکسید منگنز لیتیم را به عنوان مواد کاتدی تولید کرد. معماری یک ساختار اسپینل سه بعدی را ایجاد می کند که جریان یون را در الکترود بهبود می بخشد، که منجر به کاهش مقاومت داخلی و بهبود جریان فعلی می شود. یکی دیگر از مزایای اسپینل، استحکام حرارتی بالا و ایمنی بیشتر است، اما عمر چرخه و تقویم محدود است.

مقاومت سلول داخلی پایین باعث شارژ سریع و تخلیه جریان بالا می شود. در یک بسته 18650، منیزیم لیتیوم را می توان در جریان 20 تا 30 درجه سانتیگراد با گرمای متوسط متوسط تخلیه کرد. همچنین ممکن است یک بار پالس های بار تا 50A استفاده شود. بار زیاد مداوم در این جریان باعث ایجاد گرما می شود و دمای سلول نمی تواند بیش از 80 درجه سانتیگراد باشد (176 درجه فارنهایت). لیگانگانیس برای ابزارهای قدرت، ابزار پزشکی و وسایل نقلیه هیبریدی و الکتریکی استفاده می شود.

شکل 4، شکل گیری چارچوب بلوری سه بعدی بر روی کاتد یک باتری لیتیوم منگنز را نشان می دهد. این ساختار اسپینل، که معمولا از الماس تشکیل شده به یک شبکه متصل است، پس از تشکیل اولیه ظاهر می شود.

image

شکل 4: ساختار لجن منگنز.
شکل کریستالی کاتد اکسید منگنز لیتیوم دارای ساختار چارچوب سه بعدی است که بعد از تشکیل اولیه ظاهر می شود. اسپینل مقاومت کمتری دارد اما دارای انرژی خاصی نسبت به کبالت است.


لیگانگانی دارای ظرفیتی است که تقریبا یک سوم کمتر از لی کبالت است. انعطاف پذیری طراحی اجازه می دهد تا مهندسان به حداکثر رساندن باتری برای طول عمر مطلوب (طول عمر)، حداکثر جریان بار (قدرت خاص) و یا ظرفیت بالا (انرژی خاص). به عنوان مثال، نسخه عمر طول عمر در سلول 18650 دارای ظرفیت متوسط تنها 1100 مگاهرتز است؛ نسخه با ظرفیت بالا 1.500mAh است.

شکل 5، عنکبوت یک لیتری منگنز معمولی را نشان می دهد. ویژگی های ظاهرا حاشیه ای هستند اما طرح های جدیدتر از لحاظ قدرت، ایمنی و طول عمر خاص بهبود می یابند. باتری های لیتیم منگنز خالص امروز دیگر رایج نیستند. آنها فقط می توانند برای برنامه های خاص استفاده شوند.

image

شکل 5: تصویری از یک باتری لیتیوم منگنز خالص.
اگر چه در عملکرد کلی نسبت به عملکرد کلی، طراحی های جدیدتری از لیگانگن منجر به پیشرفت در قدرت، ایمنی و طول عمر خاص می شود.


اکثر باتری های لیگامانگا با اکسید کبالت منگنیک لیتیوم نیکل (NMC) مخلوط شده اند تا انرژی خاصی را افزایش دهند و طول عمر را افزایش دهند. این ترکیب بهترین سیستم در هر سیستم را به ارمغان می آورد و LMO (NMC) برای اکثر خودروهای الکتریکی مانند نیسان لیتی، Chevy Volt و BMW i3 انتخاب شده است. بخش LMO باتری، که می تواند حدود 30 درصد باشد، باعث تقویت جریان فعلی در شتاب می شود؛ بخش NMC به محدوده رانندگی طولانی می دهد.

تحقیقات لیتونی به شدت به ترکیب لیگانگانیس با کبالت، نیکل، منگنز و / یا آلومینیوم به عنوان ماده کاتد فعال تبدیل شده است. در برخی از معماری، مقدار کمی از سیلیکون به آنود اضافه شده است. این باعث افزایش 25 درصدی ظرفیت می شود؛ با این حال، افزایش به طور کلی با یک زندگی چرخه کوتاه تر ارتباط دارد به عنوان سیلیکون رشد می کند و کاهش با شارژ و تخلیه، باعث استرس مکانیکی است.

این سه فلز فعال و همچنین افزایش سیلیکون به راحتی می تواند برای افزایش انرژی خاص (ظرفیت)، قدرت خاص (قابلیت بار) و یا طول عمر انتخاب شده است. در حالی که باتری های مصرف کننده برای ظرفیت بالا، برنامه های کاربردی صنعتی نیاز به سیستم های باتری دارند که قابلیت بارگذاری خوب دارند، عمر طولانی را ارائه می دهند و خدمات ایمن و مطمئن را ارائه می دهند.

جدول جمع بندی

اکسید منگنز لیتیم: کاتد لی مین 2 اکس 4 . آندره گرافیت
فرم کوتاه: LMO یا ليگانگان (ساختار اسپينل) از سال 1996

ولتاژ

3.70V (3.80V) اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول

انرژی خاص (ظرفیت)

100-150 وات / کیلوگرم

شارژ (نرخ C)

0.7-1C معمولی، حداکثر 3C، هزینه 4.20V (اکثر سلول ها)

تخلیه (نرخ C)

1C؛ 10C ممکن است با برخی از سلول ها، 30C پالس (5S)، 2.50V قطع

زندگی چرخه

300-700 (مربوط به عمق تخلیه، درجه حرارت)

فرار حرارتی

250 درجه سانتیگراد (482 درجه فارنهایت) معمولی است. شارژ بالا باعث فرار از حرارتی می شود

برنامه های کاربردی

ابزار قدرت، تجهیزات پزشکی، نیروی برق

نظرات

قدرت بالا اما ظرفیت کمتر؛ امن تر از لیت کبالت؛ معمولا برای بهبود عملکرد با NMC مخلوط می شود.

جدول 6: ویژگی های اکسید منگنز لیتیم.

 

لیتیم نیکل منگنز اکسید کبالت (LiNiMnCoO 2 یا NMC)

یکی از موفق ترین سیستم های لیتیوم یونی، ترکیبی از کاتد نیکل-منگنز-کبالت (NMC) است. به مانند لیگانگنس، این سیستم ها را می توان به عنوان سلول های انرژی یا سلول های انرژی مورد استفاده قرار داد . برای مثال، NMC در یک سلول 18650 برای شرایط بارگیری متوسط، ظرفیت حدود 2800mAh دارد و میتواند 4A تا 5A را ارائه کند؛ NMC در همان سلول بهینه شده برای قدرت خاص دارای ظرفیت فقط 2000 میلیآمپر است اما جریان تخلیه مداوم 20A را ارائه می دهد. یک آنودایز مبتنی بر سیلیکون به 4،000mAh و بالاتر برسد اما در قابلیت کاهش بارینگ و کاهش طول عمر چرخه. سیلیکون به گرافیت اضافه شده است که اشکال آن این است که انود با شارژ و تخلیه رشد می کند و کاهش می یابد و سلول را به طور مکانیکی ناپایدار می کند.

راز NMC نهفته در ترکیب نیکل و منگنز است. یک مقایسه از این نمک است که در آن مواد اصلی، سدیم و کلرید، به تنهایی سمی هستند اما مخلوط کردن آنها به عنوان نمک طعم دار و نگهدارنده غذا عمل می کند. نیکل به خاطر انرژی خاص خاص خود، اما ثبات ضعیف شناخته شده است. منگنز به نفع تشکیل یک ساختار اسپینل برای دستیابی به مقاومت داخلی پایین است، اما دارای انرژی خاصی است. ترکیب فلزات هر یک از نقاط قوت دیگر را تقویت می کند.

NMC باطری انتخابی برای ابزارهای قدرت، دوچرخه های الکترونیکی و دیگر نیروی برق است. ترکیبی از کاتد معمولا یک سوم نیکل، یک سوم منگنز و یک سوم کبالت است که همچنین به عنوان 1-1-1 شناخته می شود. این ترکیب منحصر به فرد را ارائه می دهد که با توجه به کاهش محتوای کبالت، هزینه مواد خام کاهش می یابد. یکی دیگر از ترکیبات موفق NCM با 5 قسمت نیکل، 3 قسمت کبالت و 2 قسمت منگنز (5-3-2) است. ترکیب های دیگر با استفاده از مقادیر مختلف مواد کاتد ممکن است.

تولید کنندگان باتری به علت هزینه بالای کبالت از سیستم کبالت به سمت کاتد نیکل حرکت می کنند. سیستم های مبتنی بر نیکل تراکم انرژی بیشتری دارند، هزینه های پایین تر و عمر چرخه طولانی تر از سلول های مبتنی بر کبالت دارند، اما ولتاژ آنها کمی پایین تر است.

الکترولیت ها و افزودنی های جدید باعث شارژ شدن به 4. 4V / cell و افزایش ظرفیت می شود. شکل 7 خصوصیات NMC را نشان می دهد.

image

شکل 7: عکس فوری NMC.
NMC عملکرد کلی و عملکرد فوق العاده ای دارد و انرژی خاصی دارد. این باتری نامزد مورد نظر برای وسیله نقلیه الکتریکی است و کمترین میزان خودکششی دارد.


حرکت به سمت Li-ion مخلوط NMC وجود دارد، زیرا سیستم را می توان از لحاظ اقتصادی ساخته شده و عملکرد خوبی را به دست آورد. سه ماده فعال نیکل، منگنز و کبالت به راحتی می توان با توجه به طیف گسترده ای از کاربردهای سیستم های ذخیره سازی خودرو و انرژی (EES) که نیاز به دوچرخه سواری مکرر دارند، ترکیب شده است. خانواده NMC در تنوع خود در حال رشد است.

جدول جمع بندی

لیتیم نیکل منگنز اکسید کبالت: LiNiMnCoO 2 . کاتد، آند گرافیت
فرم کوتاه: NMC (NCM، CMN، CNM، MNC، MCN مشابه ترکیبات مختلف فلزی) از سال 2008

ولتاژ

3.60V، 3.70V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / cell یا بالاتر

انرژی خاص (ظرفیت)

150-220 وات / کیلوگرم

شارژ (نرخ C)

0.7-1C، با اتهام به 4.20V، برخی به 4.30V برسد؛ 3 ساعت شارژ معمولی شارژ فعلی بالای 1C، عمر باتری را کوتاه می کند.

تخلیه (نرخ C)

1C؛ 2C ممکن است در برخی از سلول ها؛ 2.50V قطع

زندگی چرخه

1000-2000 (مربوط به عمق تخلیه، درجه حرارت)

فرار حرارتی

210 درجه سانتیگراد (410 درجه فارنهایت) معمولی است. شارژ بالا باعث فرار از حرارتی می شود

هزینه

~ 420 دلار برای هر کیلووات ساعت (منبع: RWTH، Aachen)

برنامه های کاربردی

دوچرخه های الکترونیکی، وسایل پزشکی، EVs، صنعتی

نظرات

فراهم می کند ظرفیت بالا و قدرت بالا. خدمت به عنوان سلول هیبرید شیمی مورد علاقه برای بسیاری از کاربردها؛ سهم بازار در حال افزایش است

جدول 8: مشخصات اکسید کبالت منگنز لیتیوم نیکل (NMC).

 

فسفات آهن لیتیم (LiFePO 4 )

در سال 1996، دانشگاه تگزاس (و دیگر همکاران) فسفات را به عنوان ماده کاتد برای باتری های لیتیوم قابل شارژ کشف کرد. لیف فسفات عملکرد الکتروشیمیایی خوبی با مقاومت کم دارد. این با مواد کاتدی فسفات نانو امکان پذیر است. مزایای کلیدی عبارتند از: رتبه فعلی بالا و عمر چرخه طولانی، علاوه بر ثبات حرارتی خوب، افزایش ایمنی و تحمل در صورت سوء استفاده.

لیپید فسفات بیشتر به شرایط شارژ کامل تحمل می کند و در مقایسه با دیگر سیستم های لیتیوم یونی، در شرایطی که ولتاژ بالا در مدت زمان طولانی نگه داشته می شود، کمتر فشار می آید. (به BU-808 مراجعه کنید : چگونه باتری های مبتنی بر لیتیوم را تقویت کنید ). به عنوان یک کمپرسور، ولتاژ نامی پایین آن 3.2 ولت / سلول انرژی خاصی را پایین تر از لیتیوم یون مخلوط کبالت را کاهش می دهد. با بیشترین میزان باتری، دمای سرد باعث کاهش عملکرد و دمای ذخیره سازی بالا می شود که عمر مفید را کاهش می دهد و لی فسفات بدون استثنا است. Li-fosfate دارای خود تخلیه بالاتر از سایر باتری های لیتیوم یون است که می تواند مسائل را با پیری همسان سازد. این می تواند با خرید سلول های با کیفیت بالا و یا استفاده از کنترل الکترونیکی پیچیده، که هر دو هزینه بسته را کاهش می دهد. پاکیزگی در تولید برای طول عمر اهمیت دارد. برای رسیدن به رطوبت، هیچ تحریمی وجود ندارد، تا باتری تنها 50 سیکل ارائه کند. شکل 9 ویژگی های لیف فسفات را خلاصه می کند.

لیتیوم فسفات اغلب برای جایگزینی باتری شروع کننده اسید اسید استفاده می شود. چهار سلول در سری تولید 12.80V، ولتاژ مشابه به شش سلول 2V سرب در سری. وسایط نقلیه سرب اسید را به 14.40V (2.40V / cell) متصل می کند و بار شارژ را حفظ می کند. شارژ اضافی برای حفظ سطح شارژ کامل و جلوگیری از سولفات بر روی باتری های اسیدی لیتیوم استفاده می شود.

با چهار سلول فسفات لیتیوم در سری، هر سلول به 3.60V می رسد که درست ولتاژ شارژ کامل است. در این مرحله، شارژ باید قطع شود، اما هنگام رانندگی شارژ اضافی ادامه می یابد. لیف فسفات به برخی از بار اضافی تحمل می کند؛ با این وجود ولتاژ 14.40V برای مدت زمان طولانی، همانطور که اکثر وسایل نقلیه در یک سفر طولانی راه می اندازند، می توانند بر روی لیف فسفات تأثیر بگذارند. زمان نشان می دهد که چطور لیتیوم فسفات با دوام شدن به عنوان یک جایگزین اسیدی سرب با سیستم شارژ خودرو منظم خواهد بود. دمای سرد نیز عملکرد لیتیوم یون را کاهش می دهد و این می تواند بر روی توانایی حرکت در موارد شدید تاثیر بگذارد.

image

شکل 9: تصویربرداری از یک لیتیوم فسفات معمولی.
لی فسفات ایمنی عالی و عمر طولانی دارد اما انرژی خاص و متوسط و خود تخلیه را افزایش می دهد.


جدول جمع بندی

فسفات آهن لیتیم: کاتد LiFePO 4 ، آند گرافیت
فرم کوتاه: LFP یا لی فسفات از سال 1996

ولتاژ

3.20، 3.30V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 2.5-3.65V / cell

انرژی خاص (ظرفیت)

90-120 وات / کیلوگرم

شارژ (نرخ C)

1C معمولی، به 3.65V برسد؛ 3 ساعت شارژ معمولی

تخلیه (نرخ C)

1C، 25C در برخی از سلول ها؛ پالس 40A (2S)؛ 2.50V قطع (پایین تر که 2V باعث آسیب)

زندگی چرخه

1000-2000 (مربوط به عمق تخلیه، درجه حرارت)

فرار حرارتی

270 ° C (518 درجه فارنهایت) باتری خیلی خوب حتی اگر کاملا شارژ شده باشد

هزینه

~ 580 دلار برای هر کیلووات ساعت (منبع: RWTH، آخن)

برنامه های کاربردی

قابل حمل و ثابت نیاز به جریان بار بالا و استقامت

نظرات

منحنی تخلیه ولتاژ بسیار کم اما ظرفیت کم. یکی از امن ترین ها
یون لیتیوم مورد استفاده برای بازارهای خاص. افزایش تخلیه خود

جدول 10: خصوصیات فسفات آهن لیتیوم.

لیتیم نیکل اکسید آلومینیوم کبالت (LiNiCoAlO 2 )

باتری لیتیوم نیکل اکسید آلومینیوم کبالت، یا NCA، از سال 1999 برای برنامه های خاص ساخته شده است. این با شباهت های NMC با ارائه انرژی خاص خاص، توانایی نسبتا خوب خوب و عمر طولانی آن، شباهت زیادی به NMC دارد. ایمن تر و ارزان تر است. شکل 11 شش ویژگی کلیدی را خلاصه می کند. NCA پیشرفت بیشتری از اکسید نیکل لیتیوم است؛ اضافه کردن آلومینیوم به شیمی پایداری بیشتری می دهد.


image

شکل 11: عکس فوری NCA.
تراکم انرژی بالا و قدرت، و همچنین طول عمر خوب، NCA نامزد برای نیروی برق EV است. هزینه های بالا و ایمنی نهایی منفی هستند.


جدول جمع بندی

لیتیم نیکل کبالت اکسید آلومینیوم: LiNiCoAlO 2 کاتد (~ 9٪ Co)، آند گرافیت
فرم کوتاه: NCA یا Li-aluminium. از سال 1999

ولتاژ

3.60V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول

انرژی خاص (ظرفیت)

200-260Wh / kg؛ 300Wh / kg قابل پیش بینی است

شارژ (نرخ C)

0.7C، اتهامات به 4.20V (بیشتر سلول)، شارژ 3h معمولی، شارژ سریع ممکن است با برخی از سلول

تخلیه (نرخ C)

1C معمولی 3.00V قطع؛ نرخ تخلیه بالا باعث کاهش عمر باتری می شود

زندگی چرخه

500 (مربوط به عمق تخلیه، درجه حرارت)

فرار حرارتی

150 درجه سانتی گراد (302 درجه فارنهایت) معمولی، شارژ بالا موجب فرار حرارتی میشود

هزینه

~ 350 دلار برای هر کیلووات ساعت (منبع: RWTH، آخن)

برنامه های کاربردی

دستگاه های پزشکی، صنعتی، برقی (Tesla)

نظرات

شباهت با لی کبالت دارد. خدمت به عنوان سلول انرژی

جدول 12: ویژگی های اکسید آلومینیوم کبالت نیکل لیتیوم.

لیتیم تیتانات (لی 4 Ti 5 O 12 )

باتری های آند با تیونات لیتیوم از دهه 1980 شناخته شده است. لیتی تاناتا گرافیت را در آند از یک باتری لیتیوم یون معمولی جای می دهد و فرم های ماده را به یک ساختار اسپینل تبدیل می کند. کاتد می تواند اکسید منگنز لیتیوم یا NMC باشد. Li-titanate دارای ولتاژ نامی سلول 2.40V است، می تواند به سرعت شارژ شود و جریان تخلیه بالا 10C یا 10 برابر ظرفیت نامی را ارائه می دهد. گفته می شود تعداد چرخه بالاتر از یک لیتیوم معمولی است. لیتی تاناتای بی خطر است، دارای ویژگی های تخلیه بسیار کم دمای پایین و ظرفیت 80 درصد در دمای -30 درجه سانتی گراد (-22 درجه فارنهایت) است.

LTO (به طور کلی Li4Ti 5 O 12 ) دارای مزایای بیشتری نسبت به لیتیوم یون معمولی کبالت با آندیت گرافیت با دستیابی به خواص صفر است، بدون تشکیل SEI فیلم و بدون لیتیوم آبکاری در هنگام شارژ سریع و شارژ کردن در دمای پایین. پایداری حرارتی در دمای بالا نیز از دیگر سیستم های لیتیوم یونی بهتر است. با این حال، باتری گران است. در انرژی تنها 65 وات / کیلوگرم، انرژی خاص کم است، رقابت NiCd. Li-titanate به 2.80V / cell می رسد و پایان تخلیه 1.80V / cell است. شکل 13 ویژگی های باتری Li-titanate را نشان می دهد. استفاده های معمولی شامل نیروی برق، یو پی اس و روشنایی خیابانی خورشیدی است.
 

image

شکل 13: تصویری از لیتی تانات.
لیتی تیتانات در عملکرد ایمنی، دمای پایین و طول عمر، برتر است. تلاش برای بهبود انرژی خاص و کاهش هزینه ها انجام می شود.


جدول جمع بندی

تیتانات لیتیم: اکسید منگنز لیتیم یا NMC می تواند باشد Anode Li 4 Ti 5 O 12 (تیتانیان)
فرم کوتاه: LTO یا Li-titanate از سال 2008 در دسترس است.

ولتاژ

2.40V اسمی؛ محدوده کاری معمول 1.8-2.85V / سلول

انرژی خاص (ظرفیت)

50-80Wh / kg

شارژ (نرخ C)

1C معمولی 5C حداکثر، هزینه تا 2.85V

تخلیه (نرخ C)

10C احتمال، 30C 5S پالس؛ 1.80V قطع در LCO / LTO

زندگی چرخه

3000-7000

فرار حرارتی

یکی از امن ترین باتری های لیتیوم یون

هزینه

~ 1005 دلار برای هر کیلووات ساعت (منبع: RWTH، آخن)

برنامه های کاربردی

یو پی اس، ترانسفورماتور برق (Mitsubishi i-MiEV، هوندا Fit EV)،
روشنایی خیابانی خورشیدی

نظرات

طول عمر، شارژ سریع، دامنه وسیع دما، اما کم انرژی خاص و گران قیمت است. در میان امن ترین باتری های لیتیوم یون.

جدول 14: خصوصیات تیتانات لیتیوم.


شکل 15 انرژی خاص سیستم های مبتنی بر نیکل و لیتیوم را مقایسه می کند. در حالی که Li-aluminium (NCA) برنده روشن با ذخیره ظرفیت بیشتر نسبت به سایر سیستم هاست، این تنها در مورد انرژی خاصی کاربرد دارد. با توجه به پایداری حرارتی و خاص، لیگانگن (LMO) و لی فسفات (LFP) برتر هستند. Li-titanate (LTO) ممکن است ظرفیت کم داشته باشد، اما این شیمی بیشتر اکثر باتری ها را از لحاظ طول عمر از بین می برد و همچنین بهترین عملکرد دما را دارد. حرکت به سمت نیروی الکتریکی، ایمنی و چرخه زندگی بر روی ظرفیت غالب خواهد شد. (LCO مخفف لیتیوم کبالت، اصلی لیتیوم یون است.)

image

شکل 15: انرژی مشخصی از باتریهای سرب، نیکل و لیتیوم.
NCA دارای بالاترین انرژی خاص است؛ با این حال، منگنز و فسفات از نظر قدرت و ثبات حرارتی خاص هستند. لیتی تاناتا دارای بهترین طول عمر است.
با احترام از Cadex