Altı Ortak Lityum Pilin Karakteristiklerini ve Parametrelerini Hızlı Anlama (3/6)

March 11, 2019

LiMn 2 O 4

Spinel lityum manganat piller ilk olarak 1983'te rapor edilmiştir. 1996'da, Moli Energy Company, lityum-iyon pilleri katot malzemesi olarak lityum manganat kullanarak ticarileştirmiştir. Yapı, elektrot üzerindeki iyon akışını artırabilen, böylece iç direnci azaltan ve akım taşıma kapasitesini artıran üç boyutlu bir spinel yapı oluşturur. Spinel'in bir diğer avantajı, yüksek termal kararlılığı ve güvenliğidir, ancak döngü ve takvim ömrü sınırlıdır.

Güç 20-30A akımda orta derecede ısı birikimi ile boşaltılır. 50A1 saniyeye kadar yük darbeleri de uygulanabilir. Bu akımdaki sürekli yüksek yük, ısı birikmesine neden olur ve akünün sıcaklığı 80 C (176 F) 'yi geçmemelidir. Lityum manganat elektrikli aletlerde, tıbbi cihazlarda ve hibrit ve saf elektrikli araçlarda kullanılır.

Şekil 4, bir lityum manganat pilinin katodu üzerinde üç boyutlu bir kristal iskeletin oluşumunu gösterir. Spinel yapısı genellikle kafes ile bağlantılı eşkenar dörtgen bir şekilden oluşur ve genellikle pillerin oluşumundan sonra oluşur.

Şekil 4: Lityum manganat yapısı. Lityum manganat katodunun kristalleşmesi, oluşumdan sonra oluşan üç boyutlu bir iskelet yapısına sahiptir. Spinel düşük direnç sağlar ancak lityum kobalttan daha düşük spesifik enerji sağlar.
Lityum manganatın kapasitesi, lityum kobaltın yaklaşık üçte biri kadardır. Tasarım esnekliği, mühendislerin pil ömrünü maksimuma çıkarmayı veya maksimum yük akımını (belirli güç) veya kapasiteyi (spesifik enerji) artırmayı seçmelerine izin verir. Örneğin, 18650 pilin uzun ömürlü versiyonu sadece 1.100 mAh orta kapasiteye sahipken, yüksek kapasiteli sürüm 1.500 mAh orta kapasiteye sahiptir. Şekil 5, tipik bir lityum manganat pilin örümcek diyagramını göstermektedir. Bu karakteristik parametreler ideal görünmüyor, ancak yeni tasarım gücü, güvenliği ve yaşamı iyileştiriyor. Saf lityum manganat piller günümüzde artık yaygın değildir; sadece özel durumlarda kullanılırlar.
Şekil 5: Saf lityum manganat pilin örümcek diyagramı.
Genel performansına rağmen, yeni lityum manganat tasarımı gücü, güvenliği ve yaşamı iyileştirebilir.

Çoğu lityum manganat, spesifik enerjiyi artırmak ve ömrünü uzatmak için lityum nikel manganez kobalt oksitle (NMC) karıştırılır. Bu kombinasyon her sistemin en iyi performansını sunar ve Nissan Leaf, Chevrolet Volt ve BMW i3 gibi çoğu elektrikli araç LMO (NMC) kullanır. Akünün LMO kısmı yaklaşık% 30'a ulaşabilir ve NMC kısmı uzun bir aralık sağlarken, hızlanmada daha yüksek akım sağlayabilir.

Lityum-iyon piller, lityum manganatı kobalt, nikel, manganez ve / veya alüminyum ile aktif katot malzemeleri olarak birleştirme eğilimindedir. Bazı mimarilerde, anoda az miktarda silikon eklenir. Bu,% 25 kapasite artışı sağlar; bununla birlikte, silikon yükleme ve boşaltma sırasında genişledikçe ve küçüldükçe, genellikle kısa döngü ömrü ile yakından ilişkili mekanik baskıya neden olur.

Bu üç çeşit aktif metal ve silikon takviyesi, spesifik enerjiyi (kapasiteyi), spesifik gücü (yük kapasitesini) veya ömrünü artırmak için uygun şekilde seçilebilir. Tüketici bataryaları yüksek kapasiteye ihtiyaç duyurken, endüstriyel uygulamalar iyi yük kapasitesi, uzun ömürlü ve güvenli ve güvenilir hizmetler sunan batarya sistemlerine ihtiyaç duyar.

Özet tablosu

Lityum manganat oksit: LiMn2O4 katod, grafit anot;

Kısaltma: LMO veya Li-Mn (spinel yapısı) 1996'dan beri

3.70V (3.80V) 3.0-4.2V Gerilim 3.70V (3.80V) nominal değer; Tipik çalışma aralığı 3.0-4.2V / pil

Özgül enerji (kapasite) 100-150 Wh / kg

Şarj (C hızı) tipik değeri 0,7-1 C'dir, maksimum değer 3C'dir, 4,20V'ye şarj olur (çoğu pil)

Boşalma (C oranı) 1C; Bazı piller 10C, 30C nabız (5s), 2.50V kesme değerine ulaşabilir.

Çevrim ömrü 300-700 (deşarj derinliğine ve sıcaklığa bağlı olarak)

Termal kaçakların tipik değeri 250 derece C'dir (482 derece F). Yüksek şarj termal kaçakçılığı teşvik eder

Elektrikli Aletler, Tıbbi Cihazlar, Elektrik İletim Sistemi Uygulaması

Notlar: Yüksek güç ancak düşük kapasite; lityum kobalttan daha güvenli; performansı artırmak için genellikle NMC ile karıştırılır.