1. Mi a lítium-vas-mangán-foszfát?
A lítium-vas-mangán-foszfát egy új katódanyag, amelyet lítium-vas-foszfát bizonyos mennyiségű mangán elemmel történő adalékolásával hoznak létre. Mivel a mangán és a vaselemek ionos sugarai és egyes kémiai tulajdonságai hasonlóak, a lítium-vas-mangán-foszfát és a lítium-vas-foszfát szerkezete hasonló, és mindkettő olivin szerkezetű. Az energiasűrűség szempontjából a lítium-vas-mangán-foszfát jobb, mint a lítium-vas-foszfát, ezért „a lítium-vas-foszfát továbbfejlesztett változatának” tekintik.
A lítium-vas-mangán-foszfát áttörheti a lítium-vas-foszfát energiasűrűségi szűk keresztmetszetét. Jelenleg a lítium-vas-foszfát maximális energiasűrűsége 161–164 Wh/kg körül stabilizálódott. Nagyobb energiasűrűségű foszfát alapú anyagként a lítium-vas-mangán-foszfát alkalmazása segíthet áttörni a lítium-vas-foszfát energiasűrűségi szűk keresztmetszetét, ezáltal megnyitva az iparosítási lehetőségeket.
A lítium-vas-mangán-foszfát előnye az energiasűrűség, a biztonság, az alacsony hőmérsékletű teljesítmény és a költség.
2. Az NCM, LFP és LFMP teljesítményének összehasonlítása
|
Tétel |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Kémiai formula |
Li(NixCoyMnz)O2 |
LiFePO4 |
Rajzol(1-x)Fex4. szakpolitikai lehetőség |
|
Kristályos szerkezet |
Réteges szerkezet |
Peridot |
Peridot |
|
Fajlagos kapacitás (mAh/g) |
150-220 |
130-140 |
130-140 |
|
Feszültségtartomány |
3.4-3.8 |
3.4 |
4.1 |
|
Energiasűrűség (Wh/kg) |
180-300 |
100-200 |
Magasabb, mint az LFP |
|
Ciklus élettartama (szer) |
800-2000 |
2000-6000 |
2000-3000 |
|
Alacsony hőmérsékletű teljesítmény |
Jó |
Rossz |
Jobb, mint az LFP |
|
Magas hőmérsékletű teljesítmény |
Általában |
Jó |
Jobb, mint az NCM |
|
biztonság |
Általában |
Jó |
Jó |
|
Anyagköltségek |
Magas ár |
Alacsony költségek |
Alacsony költségek |
Teljesítmény-összehasonlító táblázat
Energiasűrűség: NCM (magas nikkeltartalmú) > LMFP > LFP
A mangán elem előnye a nagy feszültség. A lítium-vas-mangán-foszfátot lítium-vas-foszfát alapú mangánnal adalékolják, hogy a platform feszültségét 3,4 V-ról 4,1 V-ra növeljék. A nagy feszültség nagy energiasűrűséget hoz. Az LMFP energiasűrűsége 15-20%-kal magasabb, mint az LFP-é. Az LMFP energiasűrűsége elérheti az NCM 523 vagy akár az NCM 622 szintet is, ami jelentős előnyökkel rendelkezik az LFP-vel szemben.
Biztonság: LFP ≈ LMFP > NCM
Az LMFP kristály hatszögletű, szorosan tömörített szerkezettel rendelkezik. Ennek a szerkezetnek a legnagyobb előnye a jó stabilitása. Még ha az összes lítium-ion leválik a töltés során, akkor sem lesz probléma a szerkezet összeomlásával. Ugyanakkor az anyagban lévő P atomok a PO erős kovalens kötésein keresztül PO4 tetraédereket alkotnak, és az O atomok nehezen tudnak kijutni a szerkezetből, így az anyag nagyon nagy biztonsággal és stabilitással rendelkezik.
Alacsony hőmérsékletű teljesítmény: NCM > LMFP > LFP
A nano-LFP kapacitásmegtartási aránya körülbelül 67% -20 fokon, míg az LMFP 71%-os kapacitást képes fenntartani. 15%-os tömegarányú NCM anyagokkal keverve a visszatartási arány elérheti a 74%-ot.
Gyártási költség: NCM > LFP Nagyobb vagy egyenlő, mint az LMFP
Anyagi oldalról a világ gazdag mangánérc készletekben, az LMFP és az LFP költségei közel azonosak. Az LMFP gyártási költsége körülbelül 10%-kal drágább, mint az LFP, de az LMFP energiasűrűsége 15%-kal növelhető. A későbbi technológiai és nyersanyag-fejlesztések révén a gyártási költség legalább 10%-kal alacsonyabb lesz, mint az LFP a jövőben.
|
Teljesítmény paraméterek |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Lítium-ion diffúziós sebesség (cm2/S) |
10-9 |
10-14 |
10-15 |
|
Vezetőképesség (S/cm) |
10-3 |
10-9 |
10-13 |
Az NCM, LFP és LFMP vezetőképességének összehasonlítása
3. Mi a lítium-vas-mangán-foszfát legnagyobb szűk keresztmetszete?
A lítium-vas-mangán-foszfát sebesség-, ciklusteljesítmény- stb. hibás, ami gátolja az iparosítás előrehaladását. A vezetőképesség és a lítium-ion diffúziós sebessége alacsony, és a sebesség teljesítménye viszonylag gyenge.
Kristályszerkezet: Bár a lítium-vas-mangán-foszfát hatszögletű, szorosan tömörített szerkezete biztonságos és stabil, az anyagban nincs folyamatos FeO6 (MnO6) megosztott éloktaéder hálózat, hanem PO4 tetraédereken keresztül kapcsolódik. Ezért nem tud olyan folytonos Co-O-Co szerkezetet kialakítani, mint a lítium-kobalt-oxid anyagok. Az anyag gyenge vezetőképességgel és gyenge nagyáramú kisülési teljesítménnyel rendelkezik. Ezenkívül ezek a poliéderek egymással összefüggő háromdimenziós szerkezetet alkotnak, korlátozva a lítium-ionok mozgását az egydimenziós csatornákban.
Fém tulajdonságok: A mangánelem viszonylag gyenge vezetőképességű. A lítium-vas-mangán-foszfátban az elektronok átmeneti energiarése eléri a 2eV-ot (a lítium-vas-foszfát átmeneti energiarés 0,3eV), aminek hátránya az alacsony vezetőképesség és az ionok mobilitása.
