درک سریع ویژگی ها و پارامترهای شش لیتیوم مشترک (6/2)
March 5, 2019
ماده دوم
LiMn 2 O 4 (ما همچنین باتری با توان بالا یا باتری بالا)
ابتدا باتری های منگنات لیتیوم اسپینل در سال 1983 گزارش گردید. در سال 1996، شرکت انرژی مولی، با استفاده از متیل لیتیوم یون به عنوان مواد کاتدی، لیتیم یون را به فروش رساند. این ساختار یک ساختار اسپینل سه بعدی را تشکیل می دهد که می تواند جریان یون را در الکترود بهبود بخشد، در نتیجه کاهش مقاومت درونی و بهبود ظرفیت حمل جاری را افزایش می دهد. یکی دیگر از مزایای اسپینل، پایداری و ایمنی حرارتی آن است، اما چرخه و تقویم آن محدود است. مقاومت داخلی در برابر باتری می تواند شارژ سریع و تخلیه جریان بالا را تحمل کند. 18650 نوع باتری، باتری منگنات لیتیوم را می توان در جریان 20-30A تخلیه و دارای انباشت گرما متوسط است. پالس بار تا 50A1 ثانیه نیز می تواند اعمال شود. بار با عمر زیاد در این جریان منجر به انباشت گرما می شود و دمای باتری نباید بیش از 80 درجه سانتیگراد باشد (176 F). منگنات لیتیم در وسایل الکتریکی، وسایل پزشکی و وسایل نقلیه هیبریدی و الکتریکی خنثی استفاده می شود.
شکل 4 شکل گیری یک اسکلت کریستال سه بعدی را بر روی کاتد یک باتری منگنات لیتیوم نشان می دهد. ساختار اسپینل معمولا از شکل رمبو به شبکه متصل است و معمولا پس از تشکیل باتری اتفاق می افتد.
شکل 4: ساختار منگنات لیتیم.
کریستالسیون کاتد منگنات لیتیوم دارای ساختار اسکلت سه بعدی است که پس از تشکیل تشکیل شده است. اسپینل مقاومت کمتری دارد اما انرژی خاصی از کبالت لیتیوم را پایین می آورد.
ظرفیت منگنات لیتیوم حدود یک سوم کمتر از کبالت لیتیوم است. انعطاف پذیری طراحی اجازه می دهد تا مهندسین برای به حداکثر رساندن عمر باتری یا افزایش حداکثر جریان بار (قدرت خاص) یا ظرفیت (انرژی خاص) را انتخاب کنند. به عنوان مثال، نسخه با عمر باتری 18650 دارای ظرفیت متوسط تنها 1100 مگا بایت است، در حالی که نسخه با ظرفیت بالا دارای ظرفیت 1500 میلی آمپر می باشد.
شکل 5 نمودار عنکبوتی از یک باتری منگنات لیتیوم معمولی را نشان می دهد. این پارامترهای مشخص به نظر نمی رسد ایده آل، اما طراحی جدید در قدرت، ایمنی و زندگی بهبود می یابد. امروزه باتری های منگنات لیتیوم خالص دیگر نیستند؛ آنها فقط در شرایط خاص استفاده می شوند.
شکل 5: نمودار عنصر باتری منگنات لیتیوم خالص.
با وجود عملکرد کلی آن، طراحی جدید منگنات لیتیوم می تواند قدرت، ایمنی و زندگی را بهبود بخشد.
بیشترین منگنات لیتیوم با اکسید کبالت منگنز لیتیوم نیکل (NMC) مخلوط شده است تا انرژی خاص و عمر طولانی را افزایش دهد. این ترکیب بهترین عملکرد هر سیستم را به ارمغان می آورد، و اکثر خودروهای الکتریکی مانند نیسان لیو، شورلت ولت و BMW I3 از LMO (NMC) استفاده می کنند. بخش LMO باتری می تواند حدود 30٪ برسد و جریان شتاب بیشتری در آن ایجاد می کند، در حالی که بخش NMC دارای برد بلند است.
باتری های لیتیوم یون، منگنات لیتیوم را با کبالت، نیکل، منگنز و / یا آلومینیوم به عنوان مواد کاتدی فعال ترکیب می کنند. در بعضی از معماری ها، مقدار کمی سیلیکن به آن اضافه می شود. این باعث افزایش ظرفیت 25٪ می شود. با این حال، به عنوان سیلیکون در طول شارژ و تخلیه گسترش می یابد و کاهش می یابد، باعث ایجاد استرس های مکانیکی می شود که معمولا نزدیک به زندگی چرخه کوتاه است.
این سه نوع از فلزات فعال و تقویت سیلیکون را می توان به راحتی انتخاب کرد تا انرژی خاص (ظرفیت)، قدرت خاص (ظرفیت بار) و یا زندگی را بهبود بخشد. باتری های مصرفی نیاز به ظرفیت بالایی دارند، در حالی که برنامه های کاربردی صنعتی نیاز به سیستم باتری دارند که دارای ظرفیت بار مناسب، عمر طولانی و خدمات ایمن و مطمئن هستند.
ولتاژ 3.70V (3.80V) ارزش اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / باتری
انرژی خاص (ظرفیت) 100-150Wh / kg 100-150 Wh / kg
شارژ (نرخ C) ارزش نمونه 0.7-1C است، حداکثر مقدار 3C، شارژ تا 4.20V (اکثر باتری ها)
تخلیه (نرخ C) 1C؛ بعضی از باتری ها می توانند 10C، 30C پالس (5s)، 2.50V قطع شود.
زندگی چرخه 300-700 (بسته به عمق و دمای تخلیه)
فراموشی گرمایی مقدار نمونه 250 درجه سانتیگراد (482 درجه فارنهایت) است. شارژ بالا باعث فرار از حرارتی می شود
برنامه الکتریکی، تجهیزات پزشکی، سیستم انتقال قدرت الکتریکی
یادداشت ها قدرت بالا اما کم ظرفیت. امن تر از اکسید کبالت لیتیوم؛ معمولا برای بهبود عملکرد با NMC مخلوط می شود.