Химия литиевых аккумуляторов формата 18650 отличия преимущества и недостатки

На Токе заряженный портал

Химия литиевых аккумуляторов формата 18650: отличия, преимущества и недостатки — На токе

• Статьи об электротранспорте
• Технологии
• Аккумуляторы
• Химия литиевых аккумуляторов формата 18650: отличия, преимущества и недостатки

Химия литиевых аккумуляторов формата 18650: отличия, преимущества и недостатки

Многие из пользователей юзают разнообразные перезаряжаемые источники питания — используют они их и для вейпинга, и для других целей. Но, довольно большое количество фанатов электронных сигарет не знают, что одни электроаккумуляторы дозволяется использовать в модах, а другие вполне могут представлять опасность для юзера. В данной теме я хочу объяснить химию Li-ion аккумуляторов и её различия доступным для среднестатистического обывателя языком, чтобы юзер понимал, с чем он реально имеет дело.

Что в имени твоём?

Начнём с таблицы, в которой приведены полные названия электронакопителей формата 18650, химические формулы, а также их сокращения:

Любой из приведённых выше химсоставов, может предложить как положительные качества, так и отрицательные. Далее в теме, я заострю внимание на каждом химическом составе, на примере распространённых моделей форм-фактора 18650. Но сперва следует разобраться, что конкретно означают все эти названия.

Li-ion АКБ самого популярного формата 18650 имеет в своём распоряжении три составляющих: анод, катод и электролит.

Что касается анода, то практически у всех Li-ion батарей он одинаковый — это смесь углерода/кремния и графита. Катод же напротив, является тем, чем АКБ разнятся между собой и именно он придаёт каждой модели аккумулятора неповторимые свойства.

Формулы в размещённой в начале темы таблице, касаются катода электронакопителя. Компромиссами химсостава отрицательного электрода являются мощность, энергия, продолжительность службы, а также безопасность. К примеру, химия ICR, в основе которой кобальт, предлагает повышенную энергию и солидную ёмкость, но в то же время, к сожалению, она не является самой безопасной. А вот если взять для сравнения IMR, то этот состав будет безопаснее, однако в его распоряжении более скромная пропускная способность, относительно ICR. Если добавить к марганцу никель, то получим более высокий показатель удельной энергии.

Вот мы и узнали, что конкретно означает химсостав литиевой батареи, а теперь, настало время обсудить каждый в деталях.

Литий-магний (короткие названия IMR/LMO)

Такие девайсы высокого тока применяются главным образом в вейпинге и мощных осветительных приборах. Марганец внёс свою лепту в благое дело: он даёт возможность АКБ разряжаться при высоком токе не слишком греясь по ходу дела. Что это даёт пользователю? Безопасность! По этому показателю, IMR обыгрывает многие старые электронакопители ICR. Кроме того, большинство литий-магниевых батарей не нуждаются в интегрированной защитной плате PCB.

Для полного счастья, в состав большинства нынешних высокотоковых АКБ, вдобавок внедряется никель.

Литий-марганцевый никель (короткие названия INR/NMC)

INR является полноправным чемпионом среди батарей формата 18650! Он обыгрывает предыдущего оппонента по объёму внедрённого в его состав никеля, что делает INR «гибридом». Данная химия комбинирует в себе пониженное сопротивление марганца, повышенную энергию никеля и в придачу безопасность. Этот химсостав демонстрирует достаточно большую ёмкость и высокий ток разряда.

Что касается вейперов, то для них INR просто находка: он обладает крайней стабильностью, а это в свою очередь позволяет не встраивать вспомогательное средство защиты. Ещё, INR может похвастать самыми большими инновациями. Такие мировые гиганты электроники как Sony, Samsung и LG, занимаются разработками электроаккумуляторов INR следующей генерации с разными пропорциями кобальта, марганца и никеля.

Популярные модели INR 18650:

• Samsung 25R(ссылка);
• Sony VTC4(ссылка);
• Sony VTC5(ссылка);
• LG HE2(ссылка).

*Ссылки на AliexPress. На территории РФ, эти элементы также опасно покупать как и на Али, почти всегда можно нарваться на левак, но на Али хотя бы цена ниже да и производители китайские, земляки наверное лучше копируют. Сами ссылки не проверены нами, и размещены для наглядности.(прим. ред.)

Литий-алюминий (короткое название NCA)

Данный химсостав имеет схожесть с INR, но у него отсутствуют положительные свойства марганца. Как правило, подобная продукция может выдержать невысокие разрядные токи, однако она компенсирует это недоразумение более солидной ёмкостью и длительностью жизненного цикла. У NCA имеет место ещё одно достоинство — они обладают повышенной устойчивостью к физическим воздействиям, что позволяет эффективно использовать их на электрических велосипедах и не только. К примеру, популярный американский производитель электрокаров Tesla, устанавливает подобное оборудование на свои элитные транспортные средства.

Популярные модели NCA 18650:

• Panasonic 18650PF(ссылка);
• Panasonic 18650B(ссылка);
• LG MH1(ссылка);

*Ссылки на AliexPress. На территории РФ, эти элементы также опасно покупать как и на Али, почти всегда можно нарваться на левак, но на Али хотя бы цена ниже да и производители китайские, земляки наверное лучше копируют. Сами ссылки не проверены нами, и размещены для наглядности.(прим. ред.)

Литий-никель-кобальт (короткое название NCO)

Такой состав является скорее экзотикой, чем массовым продуктом. Для тех, кто всё-таки захочет опробовать на себе NCO, могу дать совет: ищите модель Samsung 29E, в распоряжении которой ёмкость 2900 mAh и предельный непрерывный разрядный ток 8,2 A.

Литий-кобальт (короткие названия ICR/LCO)

ICR предлагает юзерам самую большую удельную энергию, но в то же время имеется при этом и весьма серьёзное разочарование: литий-кобальт — опаснейший химсостав среди всех Li-ion накопителей форм-фактора 18650. Вдобавок, данное обстоятельство будет являться сложностью для высокотокового разряда, ведь ICR небезопасно подвергать разрядке сверх допустимой ёмкости.

Если вы планируете применять такие накопители для вейпинга либо мощного осветительного оборудования, то обязательно выбирайте модель с интегрированной защитной платой PCB. Она зачастую добавляется сторонними разработчиками, такими например, как Trustfire.

ICR — не самый лучший выбор для фонариков и фотокамер, зато такие аккумуляторы можно вполне юзать к примеру на ноутбуке. Батарейки доступны по цене, однако многим покажутся слишком капризными.

Литий-фосфат (короткие названия IFR/LFP)

IFR много в чём великолепны, однако присутствуют и недостатки: у них низкое номинальное напряжение — всего 3,2 V, что не даёт изделиям возможность влиться в когорту высокотоковых электронакопителей. Подливает масла в огонь и другое малоприятное обстоятельство: процесс саморазряда протекает у таких химических составов быстрее, чем у электробатарей с иным содержанием.

Из достоинств можно выделить такие: высокие номинальные токи (до 30C) и при этом сохраняется высокий показатель ёмкости, также IFR переносят больше зарядов/разрядов по сравнению с конкурентами.

Заключение

Безусловно, любой уважающий себя пользователь просто обязан знать как расшифровываются все эти заумные обозначения. Но и это ещё не всё: нужно понимать, что разные химсоставы, обладают и разными свойствами, которые, естественно, нужно уметь применять с умом, то есть, использовать на тех устройствах, где они больше всего уместны и принесут максимум пользы, тогда и проблем у вас не будет!

Источник



АКБ Li-NMC

Li-NMC аккумуляторы

Li Ion NMC — разновидность перезаряжаемых источников питания на основе лития. В отличие от аналогов, в них используется сложносоставной анод, основанный на никеле, марганце и кобальте.

При производстве аккумуляторов NMC возможно изменение процентного содержания элементов, формирующих анод. Это оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели батареи, позволяет создать изделие, удовлетворяющее конкретным требованиям.

Технические характеристики Li-NMC аккумуляторов

Аккумуляторы Li Ion NMC обладают следующими параметрами:

• номинальное напряжение — от 3,6 до 3,7 В, в стандартном рабочем диапазоне — от 3 до 4,2 на одну ячейку;
• показатель энергоемкости — от 150 до 220 Вт*ч/кг;
• зарядка — при токе 0,7–1 С и напряжении 4,20 В (100 % заполнения емкости достигается за 3 часа, использование тока 1 С ускоряет процедуру, но негативно сказывается на ресурсе аккумулятора);
• число циклов заряда-разряда — от 1000 до 2000 в зависимости от климатических и эксплуатационных условий;
• вероятность теплового пробоя увеличивается при 210 градусах и полном заряде Li Ion NMC.

Устройства оснащаются отсекателями, предотвращающими их излишне быстрый разряд. Модули обеспечивают длительную и безопасную эксплуатацию техники, функционируют в автоматическом режиме.

Аккумуляторы NMC характеризуются высокой емкостью и мощностью. Они устанавливаются в медицинское оборудование, электрические самокаты и велосипеды, электрокары, источники резервного питания промышленного назначения.

Сфера применения литиевых АКБ на базе кобальта, никеля и марганца систематически расширяется, регулярно открываются новые области использования.

Сравнение типовых литиевых батарей и Li-NMC аккумуляторов

Аккумуляторы NMC имеют немало сходств и различий с устройствами классических типов.

• Масса аналогов крайне близка, может незначительно различаться в зависимости от особенностей сборки и конфигурации ячеек.
• Ток заряда у аккумуляторов NMC выше, чем у классических аналогов. Это оказывает положительное влияние на скорость зарядки и эксплуатационные качества.
• Поврежденные литий-ионные модули склонны к воспламенению. Изделия на базе никеля, марганца и кобальта могут всего лишь задымиться.
• Потеря емкости классических АКБ происходит при +10 градусах, NMC— при –10.

Батареи имеют схожие типы ячеек, работают с аналогичными зарядными устройствами.

Приобретение Li-NMC аккумуляторов на выгодных условиях

Обратившись в магазин TITANAT.RU, вы сможете купить надежные АКБ по привлекательной цене. Предлагаются сертифицированные модели для промышленного и бытового применения, обеспечивается бесплатная доставка продукции в границах Москвы.

Реализуемые решения различаются по следующим параметрам:

• емкость — от менее 20 до более 210 Ач;
• масса — от 1 до 90 кг;
• напряжение — от 12 до 90 В.

Подобрать изделия, соответствующие потребностям, помогут штатные консультанты. Специалисты расскажут об особенностях товара, порекомендуют батареи с оптимальными показателями для целевых нужд.

Источник

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы. Преимущества, недостатки, использование.

Статья обновлена: 2020-12-17

Что такое NMC-аккумуляторы?

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы (используемые аббревиатуры Li-NMC, LNMC, NMC или NCM), состоят из оксидов лития, никеля, марганца и кобальта, и имеют следующую химическую формулу: LiNi_xMn_yCo_zO₂. Наиболее распространённые модели аккумуляторов обладают химическим составом X+Y+Z=1, и имеют слоистую структуру, схожую с трёхвалентным оксидом лития-кобальта (LiCoO₂). По заверениям некоторых источников-производителей, вторым оптимальным соотношением является LiNi5Mn₂Co₃O₂.

NCM аккумуляторы сосредоточили в себе все существующие достоинства лития: большая токоотдача, химическая стабильность, высокая энергоёмкость.

Почему они так хороши?

Секретом их эффективности является практически идеальное сочетание никеля и марганца. Положительной стороной марганца является его шпинельная (от нем. Spinell – колючка) структура, с другой стороны, марганец обладает высоким внутренним сопротивлением (что, в итоге, понижает энергоёмкость батареи). Положительной стороной никеля является высокая энергоёмкость, но при этом никель сам по себе крайне нестабилен. Сочетание этих элементов позволят подчеркнуть их сильные стороны и компенсировать недостатки друг друга.

Положительные и отрицательные стороны.

В итоге, NMC-аккумуляторы имеют электроёмкость на уровне 220 Вт*ч/кг, что позволяет использовать их в переносных устройствах, где одним из ключевых факторов является вес. Ещё одной положительной стороной является низкая пожароопасность конечного изделия, что позволяет использовать их в качестве ИБП (источников бесперебойного питания).

Недостатком NMC-аккумуляторов можно назвать их относительно высокую стоимость, по сравнению с более устаревшими типами Li-ion ячеек.

Технические характеристики

0,7-1С. Если сила тока выше, то АКБ быстрее выйдет из строя.

1С. Некоторые модели поддерживают 2С

Таблица 1. Технические характеристики NCM–элементов

Использование

Основной сферой применения NMC–аккумуляторов является электротранспорт.

Аккумуляторы данного типа были впервые были установлены на электротранспорт в 2011 году на автомобиль BMW ActiveE, и в 2013 году на автомобиль BMW i8. На данный момент NCM-аккумуляторы устанавливались и устанавливаются на следующие модели электротранспорта:

• Audi e-tron GE
• BMW i3
• Chevrolet Bolt
• Hyundai Kona Electric
• Jaguar I-pace
• JMC E200L
• Nissan Leaf
• Renault ZOE
• VW e-Golf и т.д

Множество производителей электротранспорта не используют в качестве составных частей тягового аккумулятора NCM–ячейки. Самым известным представителем таких производителей является компания Tesla, которые используют NCA–ячейки (Литий-никель-кобальт-алюминиевые ячейки (LiNiСoAlO₂)). Однако, в бытовом аккумуляторе Tesla Powerwall, предназначенном для сохранения энергии в целях бытового использования, сдвига нагрузки потребления и резервного питания, по словам, используются NMC–ячейки.

Ещё одной сферой использования является (как было уже сказано в положительных сторонах) источники бесперебойного питания.

Например, в Южной Корее, в 2016 году были установлены ИБП, произведённых из NCM–элементов: один мощностью 16 МВт и ёмкостью 6 МВт*ч, и один мощностью 24 МВт и ёмкостью 9 МВт*ч. А в 2018 году подобный ИБП, мощностью 30 МВт и ёмкостью 11 МВт*ч был установлен и введён в эксплуатацию в городе Ньюман, штат Западная Австралия.

Зарядка и эксплуатация

По большей части, NMC–элементы используются в сборках из нескольких ячеек, а значит, для зарядки необходимо подключить сетевой адаптер к спец.разъёму, и зарядка пойдёт автоматически. Примерное время зарядки будет составлять в районе 3 часов.

На что обратить внимание при покупке

В первую очередь следует обратить внимание, при покупке NCM элементов на разрядный ток устройства, в котором будет использоваться АКБ. При высокой нагрузке рекомендуется выбрать элементы с относительно небольшой ёмкостью.

Компания VirtusTec в данный момент проводит внедрение нового продукта: аккумуляторных батарей, собранных исключительно из NCM–элементов. Сборка происходит исходя из требований заказчика, а размер и вес готовой АКБ будет несколько меньше, чем у схожего по характеристикам LiFePO4.

Источник

Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

Гибриды, плагин-гибридные и электрические автомобили: Какие батареи для них подходят лучше всего

Всего 10-12 лет назад мы не смогли бы поговорить на такую тему как использование различных типов аккумуляторов в гибридных, плагин- гибридных и электрических автомобилях по одной простой причине, их практически не существовало в природе, а рабочие экземпляры можно было посчитать по старинке, на пальцах обеих рук.

Теперь мы в 2016 году. И вокруг нас в городах ездит немалое количество гибридных машин, попадаются плагин- гибридные варианты и даже полностью электрические автомобили. Свои виды «зеленых» автомобилей будущего разрабатывают или уже презентовали почти все главные игроки от автоиндустрии. Да что там говорить, даже одни из самых быстрых гоночных автомобилей в мире от Ferrari, Porsche и McLaren стали гибридными, так что люди уже не будут смотреть на вас, как на странного хиппи, когда вы станете упоминать слова «гибридный» или «электромобиль».

Также уже существует достаточно большое количество электрических автомобилей, которые питаются частично или полностью от электричества, которое соответственно берется от батарей на борту ТС. Главные параметры, в которые безусловно входит максимальное расстояние, которое может преодолеть электрокар на одной зарядке и скорость зарядки аккумуляторов зависят от типа применяемых батарей. Именно поэтому мы посчитали важным описать общие преимущества и проблемы основных видов батарей на сегодняшнее время.

Два самых продаваемых электрических транспортных средства в мире- это Nissan Leaf, продано около четверти миллиона единиц на 2015 год, затем следует Tesla Model S, продажи которой зафиксированы в количество приблизительно в 100.000 штук. Совпадение или нет, но Leaf и Model S работают от одинакового типа литий-ионных (Li-Ion) батарей, поэтому мы начнем наш рассказ с них.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Первоначально стали использоваться для питания портативных приборов бытовой электроники. Последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы постоянно развивались в автомобильном направлении, поэтому большинство современных (произведенных в 2015- 2016 годах) и предстоящих гибридов или полностью электрических автомобилей используют в своей схеме именно их.

Не все литий-ионные аккумуляторы похожи друг на друга, основные различия, заключаются в их дополнениях. Большинство портативных устройств, таких как смартфоны, планшеты или ноутбуки используют в качестве аккумулирующего энергию элемента, Li-Ion батареи, созданные на основе оксида лития кобальта (LiCoO2), что дает им высокую плотность заряда.

LiCoO2 катоды также обладают некоторыми серьезными недостатками, они более восприимчивы к так называемому «тепловому убеганию», которое инициируется во время перезаряда или работы при высокой температуре. Другими словами, они могут буквально взорваться, когда эксплуатируется неправильно или при экстремальных нагрузках. Быть может по этой причине в автомобилестроении далеко не все производители имеют с ними дело.

Для более энергоемкого применения, в таких приборах как электроинструмент, медицинская техника и, прежде всего автомобили, существуют литий-ионные аккумуляторы сделанные на основе литий-железо фосфата (LiFePO4), оксида лития марганца (LMO) и оксида кобальта марганца лития никеля (NMC). Все они имеют несколько меньшую плотность энергии, чем LiCoO2, но и лучше в смысле безопасности и большей продолжительности жизни.

Большинство современных гибридных и электрических автомобилей используют NMC литий-ионные батареи.

Самое большое преимущество Li-Ion аккумуляторов состоит в лучшем соотношении энергии к весу, быстроте зарядки, у него практически отсутствует эффект памяти.

Большая удельная энергия означает, что такие аккумуляторы могут весить меньше. Этот нюанс очевидно, делает их более подходящими для использования в автомобилях, так как меньший вес увеличивает дистанцию на одной зарядке и производительность, в то же время придавая автомобилю лучшую управляемость.

Быстрота зарядки аккумуляторной батареи вещь относительная. В реальной жизни отличий между существующими (применяемыми) системами аккумуляторов вы не увидите.

Литий-ионные аккумуляторы, по-видимому меньше всего пострадали от проблемы эффекта памяти. Кратко говоря, некоторые типы батарей постепенно будут снижать свою максимальную энергоемкость с каждым циклом заряда-разряда. Обычно это происходит, когда они многократно заряжаются после того, как частично разряжаются.

В противополоденность тому, никелевые аккумуляторы больше всего страдают от так называемого эффекта памяти, при котором батарея со временем «запоминает», что она имеет меньшую энергоемкость.

Самым крупным недостатком литий-ионных батарей является стоимость их производства, которая значительно выше, чем при использовании других типов аккумуляторов.

По сравнению с никелевыми батареями, они на 40 процентов дороже в изготовлении. Цена издержек на производство будет вычтена из кошелька покупателя. Тем не менее, следует помнить, что производственные затраты будут постепенно уменьшаеться с течением времени для всех типов батарей.

Помимо небольшого снижения напряжения с каждым новым циклом заряда- разряда, количество энергии, которую они могут удерживать (ёмкость) не уменьшается с течением времени. В автомобилях, заявленные разработчиками жизненные циклы этих батарей составляют 10 лет. Поверим на слово, пока столь долго не тестировалась ни одна аккумуляторная Li-Ion батарея.

Таким образом, литий-ионные батареи имеют наименьшее количество недостатков по сравнению с большинством своих соперников, но они до сих пор далеки от идеального решения.

Никель-металл-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы

Старейший тип так называемых современных батарей, Ni-MH, по-прежнему используется во многих современных электрокарах, хотя литий-ионные аккумуляторы медленно начали вытеснять их со всех основных направлений, говорим мы о гибридах, плагин-гибридных автомобилях или полностью электрических транспортных средствах, везде виден переход на более современную систему хранения энергии.

Гораздо дешевле в изготовлении, чем Li-ионные аккумуляторы, тем не менее никель-металл-гидридные батареи также имеют как положительные, так и отрицательные стороны, которые для большинства производителей могут представлять реальную проблему при установке этого типа батарей в свои гибридные и электрические автомобили.

В отличие от Li-ионов, никель-металлогидридные аккумуляторы используют водород, никель и титан или подобный ему металл для хранения энергии. Это и делает их гораздо более дешевыми в производстве по сравнению с первым типом аккумуляторов, но, так как все больше автопроизводителей переходят на использование литий-ионных батарей (Tesla, например), большая разница в ценах должна сократиться.

До сих пор самым большим потенциалом для роста количества производимых никель-металл-гидридных батарей является их долговечность. За современными типами батарей необходимо следить, ухаживать, правильно их эксплуатировать, для того чтобы они работали как можно дольше, аккумуляторы NiMH переживают эксплуатацию без особых проблем, не теряя емкости могут прожить столько же, при минимальном уходе.

Их прочность тесно связана с безопасностью, для них не требуется дополнительных мер предосторожности, из-за содержания небольшого количества мягких токсинов, по сравнению с другими батареями. Кроме того, высокое содержание никеля в них делает их утилизации выгодной.

Основным препятствием для дальнейшего использования NiMH является их низкая плотность энергии, которая почти на 40% меньше, чем у их основного конкурента. Их определенно можно сделать по емкости такими же, как и литий- ионные батареи, но только путем увеличения их размеров, а соответственно и веса.

В гибридах, плагин-гибридах и электромобилях, аккумуляторы выполняют много работы во время движения, здесь в фокус зрения попадает еще одна неприятная черта никель-металлогидридных аккумуляторов. Если их быстро зарядить и затем использовать под высокой нагрузкой, они имеют тенденцию генерировать большое количество тепла, поэтому требуется отдельная система охлаждения, что в свою очередь добавляет еще больше веса.

Остальные типы аккумуляторных батарей

Есть много других типов батарей, которые, быть может, в конце концов, станут использоваться в автомобильной промышленности, но ни один из них не стал по-настоящему революционным и решающим все проблемы одновременно.

Разрабатываемые/ разработанные системы:

Кобальт Диоксид, фосфат железа (FePo) и литий-фосфат железа (LiFePO4), литий-воздух (Li -Air), литий-полимерная система (LiPo), никель-кобальт-марганец (NCM), никель-кобальт-алюминий (NCA) и оксид марганца (MnO)- это лишь некоторые из типов аккумуляторов, которые могут появиться в серийных электромобилях в будущем.

Кобальт диоксидовые батареи на рынке уже более десяти лет, питают небольшие электроприборы, такие как мобильные телефоны, игрушки или ноутбуки. У них есть два главных недостатка, особенно при серьезном использовании, это тепловой пробой и издержки производства, но в целом, они отлично зарекомендовали себя, когда дело доходит до плотности заряда.

Одной из наиболее стабильных и недорогих батарей стал фосфат железа, но эта система выполняет работу на более низком напряжении поэтому вам потребуется довольно много этого типа аккумуляторов, чтобы привести электрический автомобиль в движение.

Литий-полимерная система, LiPo, звучит гордо и своеобразно, на самом деле представляет из себя еще одну форму литий-ионных батарей. Основное отличие заключается в том, что литий-ионные полимеры упакованы в так называемом «формате мешка», который имеет как свои достоинства и недостатки. Вот почему они совсем недавно стали использовать в автомобилях.

NCM и NCA батареям предстоит еще долгий путь становления, до тех пор, пока они станут достаточно рентабельны для использования в автомобилях, не говоря уже о том, чтоб они стали восприимчивы к тепловому пробою.

До сих пор одним из самых интригующих новых технологий остается литий-воздушная батарея (LiAir), которая использует окисление лития на аноде и восстановление кислорода на катоде, чтобы индуцировать электрический ток. Двумя основными преимуществами литий-воздушного аккумулятора являются то, что это отличный источник энергии, почти сопоставим с бензином и от 5 до 15 раз мощнее, чем текущие литий-ионные батареи.

В любом случае, мы еще далеки от этих альтернативных типов батарей, устанавливаемых на крайне ограниченный процент гибридов и электромобилей. Но хорошая новость в том, что они на подходе и с ними придут новые возможности в использовании электрической техники в целом и машин в частности.

Источник

Типы литий ионных аккумуляторов (стр. 3 )

Литий-никель-кобальтовый оксид алюминия (LiNiCoAlO 2 )

Литий-никель-кобальтовая алюминиевая оксидная батарея, или NCA, существует с 1999 года для специальных применений. Он имеет сходство с NMC, предлагая высокую удельную энергию, достаточно хорошую удельную мощность и длительный срок службы. Менее лестное — это безопасность и стоимость. На рисунке 11 приведены шесть основных характеристик. NCA является дополнительной разработкой оксида лития никеля; добавление алюминия дает химии большую стабильность.

Рисунок 11: Снимок NCA.
Высокая плотность энергии и мощности, а также хорошая продолжительность жизни делают NCA кандидатом на силовые агрегаты EV. Высокая стоимость и предельная безопасность — негативы.
Предоставлено Cadex

Таблица результатов

Литий-никель-кобальтовый оксид алюминия: катод LiNiCoAlO 2 (

9% Co), графитовый анод
Короткая форма: NCA или Li-алюминий. С 1999 года

Номинальное значение 3,60 В; типичный рабочий диапазон 3,0-4,2 В / ячейка

Удельная энергия (мощность)

200-260Wh / кг; 300 Вт / кг предсказуемо

Заряд (C-rate)

0,7 ° С, заряды до 4,20 В (большинство ячеек), типичный заряд 3 ч, возможность быстрой зарядки с некоторыми ячейками

Разряд (C-rate)

1C типичный; 3.00В отсечка; высокая скорость разряда сокращает срок службы батареи

Жизненный цикл

500 (относится к глубине разряда, температуре)

Термический побег

150 ° C (302 ° F) типичный, высокий заряд способствует тепловому побегу

Медицинские приборы промышленные, электрические силовые (Тесла)

Комментарии

Совпадает с литий-кобальтом. Служит энергетической ячейкой.

Таблица 12: Характеристики оксида никеля никеля никеля никеля.

Титанат лития (Li 4 Ti 5 O 12 )

Батареи с анодами титаната лития известны с 1980-х годов. Лититанат заменяет графит в аноде типичной литий-ионной батареи, и материал превращается в структуру шпинели. Катодом может быть оксид лития марганца или NMC. Литий-титанат имеет номинальное напряжение ячейки 2,40 В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10С или в 10 раз выше номинальной. Количество циклов, как говорят, выше, чем у обычного литий-иона. Лититанат безопасен, обладает отличными низкотемпературными разгрузочными характеристиками и достигает 80% при -30 ° С (-22 ° F).

LTO (обычно Li4Ti 5 O 12 ) имеет преимущества по сравнению с обычным литий-ионом с кобальтом с графитовым анодом, достигая свойства нулевой деформации, без образования пленки SEI и без литиевого покрытия при быстрой зарядке и зарядке при низкой температуре. Термическая стабильность при высокой температуре также лучше, чем у других литий-ионных систем; однако, батарея стоит дорого. При только 65 Вт / кг удельная энергия низкая, что сопоставимо с характеристикой NiCd. Li-титанат заряжается до 2,80 В / ячейка, а конец разряда — 1,80 В / ячейка. На рисунке 13 показаны характеристики батареи Li-титаната. Типичными видами использования являются электрические силовые агрегаты, ИБП и солнечное освещение уличного освещения.

Рисунок 13: Снимок лититаната .
Литий-титанат отличается высокой безопасностью, низкой температурой и продолжительностью жизни. Предпринимаются усилия по улучшению удельной энергии и снижению затрат.
Источник: Boston Consulting Group

Таблица результатов

Титанат лития: может быть оксидом лития марганца или NMC; Li 4 Ti 5 O 12 (титанат) анод
Краткая форма: LTO или литий-титанат Коммерчески доступный с 2008 года.

Номинальный ток 2,40 В; типичный рабочий диапазон 1,8-2,85 В / ячейка

Удельная энергия (мощность)

Заряд (C-rate)

1C типичный; Максимум 5C, плата до 2,85 В

Разряд (C-rate)

10C, импульс 30C 5s; Отключение 1,80 В на LCO / LTO

Жизненный цикл

Термический побег

Одна из самых безопасных литий-ионных батарей

UPS, электрический силовой агрегат (Mitsubishi i-MiEV, Honda Fit EV),
уличное освещение на солнечной энергии

Комментарии

Длительный срок службы, быстрый заряд, широкий температурный диапазон, но низкая удельная энергия и дорогая. Среди наиболее безопасных литий-ионных батарей.

Таблица 14: Характеристики титаната лития.

На рисунке 15 сравнивается удельная энергия свинцовых, никелевых и литиевых систем. Хотя литий-алюминий (NCA) является явным победителем, сохраняя большую емкость, чем другие системы, это относится только к определенной энергии. Что касается удельной мощности и термической стабильности, то лиман-марганец (LMO) и Li-фосфат (LFP) являются превосходными. Литий-титанат (LTO) может иметь низкую производительность, но эта химия переживает большинство других батарей с точки зрения продолжительности жизни, а также обладает лучшими холодными температурами. Переход к электрическому силовому агрегату, безопасности и жизненному циклу обеспечит доминирование над мощностью. (LCO означает литий-кобальт, оригинальный литий-ион).

Рисунок 15: Типичная удельная энергия свинцовых, никель-литиевых батарей.
NCA обладает самой высокой удельной энергией; однако марганец и фосфат превосходят по удельной мощности и термической стабильности. Литий-титанат имеет лучший срок службы.
Предоставлено Cadex

Последнее обновление: 2017-09-05

Types of Lithium-ion

Become familiar with the many different types of lithium-ion batteries.

Lithium-ion is named for its active materials; the words are either written in full or shortened by their chemical symbols. A series of letters and numbers strung together can be hard to remember and even harder to pronounce, and battery chemistries are also identified in abbreviated letters.

For example, lithium cobalt oxide, one of the most common Li-ions, has the chemical symbols LiCoO2 and the abbreviation LCO. For reasons of simplicity, the short form Li-cobalt can also be used for this battery. Cobalt is the main active material that gives this battery character. Other Li-ion chemistries are given similar short-form names. This section lists six of the most common Li-ions. All readings are average estimates at time of writing.

Lithium Cobalt Oxide(LiCoO2)

Its high specific energy makes Li-cobalt the popular choice for mobile phones, laptops and digital cameras. The battery consists of a cobalt oxide cathode and a graphite carbon anode. The cathode has a layered structure and during discharge, lithium ions move from the anode to the cathode. The flow reverses on charge. The drawback of Li-cobalt is a relatively short life span, low thermal stability and limited load capabilities (specific power). Figure 1 illustrates the structure.

Figure 1: Li-cobalt structure.
The cathode has a layered structure. During discharge the lithium ions move from the anode to the cathode; on charge the flow is from cathode to anode.
Courtesy of Cadex

The drawback of Li-cobalt is a relatively short life span, low thermal stability and limited load capabilities (specific power). Like other cobalt-blended Li-ion, Li-cobalt has a graphite anode that limits the cycle life by a changing solid electrolyte interface (SEI), thickening on the anode and lithium plating while fast charging and charging at low temperature. Newer systems include nickel, manganese and/or aluminum to improve longevity, loading capabilities and cost.

Li-cobalt should not be charged and discharged at a current higher than its C-rating. This means that an 18650 cell with 2,400mAh can only be charged and discharged at 2,400mA. Forcing a fast charge or applying a load higher than 2,400mA causes overheating and undue stress. For optimal fast charge, the manufacturer recommends a C-rate of 0.8C or about 2,000mA. The mandatory battery protection circuit limits the charge and discharge rate to a safe level of about 1C for the Energy Cell.

The hexagonal spider graphic (Figure 2) summarizes the performance of Li-cobalt in terms of specific energy or capacity that relates to runtime; specific power or the ability to deliver high current; safety; performance at hot and cold temperatures; life span reflecting cycle life and longevity; and cost. Other characteristics of interest not shown in the spider webs are toxicity, fast-charge capabilities, self-discharge and shelf life.

The Li-cobalt is losing favor to Li-manganese, but especially NMC and NCA because of the high cost of cobalt and improved performance by blending with other active cathode materials. (See description of the NMC and NCA below.)

Figure 2: Snapshot of an average Li-cobalt battery.
Li-cobalt excels on high specific energy but offers only moderate performance specific power, safety and life span.
Courtesy of Cadex

Источник