ประเภทแบตเตอรี่ลิตยูมทั่วไปหกประเภทและปารามิเตอร์การทํางานหลักของพวกเขา

เรามักจะพูดถึงแบตเตอรี่ลิธีียมสามประการ หรือแบตเตอรี่ลิธีียมเหล็ก ซึ่งชื่อแบตเตอรี่ลิธีียมมาจากวัสดุที่ใช้แคโทดบทความนี้สรุป 6 ประเภทแบตเตอรี่ลิธีียมทั่วไปและปารามิเตอร์การทํางานหลักของพวกเขาอย่างที่เรารู้ทุกคน ทางเทคนิคเดียวกันของเซลล์ ปริมาตรเฉพาะไม่เหมือนกันแบตเตอรี่ลิธีียม 6 ชิ้นประกอบด้วย: ลิทธิียมโคบัลต์ออกไซด์ (LiCoO2), ลิทธิียมมันแกนเนสแมนแกนเนต (LiMn2O4), ลิทธิียมนิเคิล-โคบัลต์แมนแกนเนต (LiNiMnCoO2 หรือ NMC), ลิทธิียมนิเคิล-โคบัลต์อะลูมิเนต (LiNiCoAlO2 หรือ NCA),โฟสฟาตเหล็กลิเดียม (LiFePO4) และลิเดียมทิตานาท (Li4Ti5O12).

ลิทธิียมโคบัลต์ออกไซด์ (LiCoO2) พลังงานเฉพาะสูงทําให้ลิทธิียมโคบัลต์ออกไซด์เป็นตัวเลือกที่นิยมสําหรับโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์และกล้องดิจิตอลแบตเตอรี่ประกอบด้วยคาโทดโคบัลต์-โอไซด์และกราฟิต-การ์บอน. คาโทดมีโครงสร้างชั้น, ในระหว่างที่ไอออนลิตียมเคลื่อนไหวจากแอโนดไปยังคาโทด, และกระบวนการการชาร์จไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม. คาโทดมีโครงสร้างชั้นระหว่างการปล่อย, ไอนลิเดียมเคลื่อนไหวจากแอนโดไปยังแคธอด; กระแสจากแคธอดไปยังแอนโดระหว่างการชาร์จ ข้อเสียของลิเดียมโคบาลต์โอไซด์คืออายุการใช้งานที่ค่อนข้างสั้นความมั่นคงทางความร้อนที่ต่ํา และความจุของภาระที่จํากัด (พลังงานเฉพาะ)เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนไฮบริดโคบัลตอื่น ๆ, ลิตিয়ামโคบัลตออกไซด์ใช้แอโนดกราฟิต, และอายุจักรยานของมันมีจํากัดโดยหลัก ๆ โดยผิวหน้าอิเล็กทรอลิตแข็ง (SEI),ส่วนใหญ่สะท้อนในการหนาลงอย่างช้า ๆ ของหนัง SEI, และการเคลือบลิตยูมในกระบวนการชาร์จเร็วหรือกระบวนการชาร์จอุณหภูมิต่ําความจุและลดต้นทุน- ลิทธิียมโคบาลต์โอไซด์จะไม่ต้องชาร์จและปล่อยในกระแสที่สูงกว่าความจุ400mAh สามารถชาร์จและปล่อยไฟได้เพียงแค่ที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2การชาร์จอย่างรวดเร็วที่บังคับ หรือการใช้ภาระที่สูงกว่า 2400mA อาจทําให้เกิดความร้อนเกินและความเครียดในการชาร์จเกิน สําหรับการชาร์จอย่างรวดเร็วที่ดีที่สุด ผู้ผลิตแนะนําให้มีตัวคูณการชาร์จเท่ากับ 08C หรือประมาณ 2วงจรป้องกันแบตเตอรี่จํากัดอัตราการชาร์จและการปล่อยของหน่วยพลังงานเป็นระดับความปลอดภัยประมาณ 1C

แบตเตอรี่ลิตียมมังกานาท (LiMn2O4) แบตเตอรี่ลิตียมสปินเนลมังกานาทถูกตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1983 ในปี 1996 โมลิ เอ็นอร์จีนําแบตเตอรี่ลิตียมไอออนที่มีลิตียมมังกานาซ์ออกไซด์เป็นวัสดุคาโทดมาขายสถาปัตยกรรมเป็นโครงสร้าง spindle 3 มิติที่ปรับปรุงการไหลของไอออนบนไฟฟ้าและ, ทําให้การลดความต้านทานภายในและปรับปรุงความสามารถในการแบ่งปันกระแสแต่จํากัดจักรยานและอายุปฏิทิน. ความต้านทานภายในแบตเตอรี่ที่ต่ําทําให้การชาร์จเร็วและการปล่อยกระแสไฟฟ้าสูงมีการสะสมความร้อนอย่างปานกลาง. สามารถใช้แรงกระแทกความแรงสูงถึง 50A1 วินาทีได้เช่นกัน ความแรงสูงอย่างต่อเนื่องในกระแสนี้ทําให้ความร้อนเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ไม่สามารถเกิน 80 ° C (176 ° F)ลิทธิียมแมนแกเนตใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าลิทธิียมแมนแกนเนตมีพลังงานน้อยกว่าคอลบาลต์ลิทธิียมออกไซด์การ ออกแบบ ที่ นุ่มนวล ทํา ให้ วิศวกร สามารถ เลือก ใช้ เวลา แบตเตอรี่ ได้ มาก ที่สุด, หรือเพิ่มปริมาณแรงบรรทุกสูงสุด (พลังงานเฉพาะ) หรือความจุ (พลังงานเฉพาะ) ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 18650 ที่ใช้ได้นานมีความจุเพียง 1,100mAh เท่านั้นรุ่นขนาดใหญ่มี 1500mAh

ส่วนใหญ่ของลิทธิียมมังกานไซด์จะผสมกับลิทธิียมนิเคิล-มังกานไซด์โคบาลต์ (NMC) เพื่อเพิ่มพลังงานเฉพาะและยืดอายุการใช้งานและรถไฟฟ้าส่วนใหญ่, เช่น Nissan Leaf, Chevrolet Volt และ BMW i3 มี LMO (NMC) ส่วน LMO ของแบตเตอรี่สามารถถึงประมาณ 30% ซึ่งสามารถให้กระแสไฟฟ้าสูงเมื่อเร่ง;และส่วน NMC ให้ระยะยาวการศึกษาแบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนมักจะรวมลิทธิียมมังแกนซ์ออกไซด์กับโคบัลต, นิเคิล, มังแกนซ์, และ / หรืออลูมิเนียมเป็นวัสดุแคธอดที่ทํางานจํานวนเล็ก ๆ ของซิลิคอนถูกเพิ่มเข้าไปในแอโนดซึ่งทําให้ความจุเพิ่มขึ้นถึง 25% อย่างไรก็ตามซิลิคอนขยายและลดลงกับการชาร์จและการปล่อยและการเพิ่มกําลังกําลังมักจะเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอายุจักรยานที่สั้นธาตุไฟฟ้าที่ใช้ในผู้บริโภคต้องการความจุขนาดใหญ่,ขณะที่การใช้งานในอุตสาหกรรมต้องการระบบแบตเตอรี่ ที่มีความสามารถในการบรรทุกที่ดี มีอายุยืนยาว และให้บริการที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือ

หนึ่งในระบบลิทธิียมไอออนที่ประสบความสําเร็จที่สุดของลิทธิียม นิเคิล โคบัลต์ มังแกนเนส มังแกเนต (LiNiMnCoO2 หรือ NMC) คือการรวมคาโทดของนิเคิล นิเคิล มังแกนเนส โคบัลต์ (NMC)คล้ายกับลิเดียมแมนแกเนต, ระบบสามารถปรับปรุงเป็นแบตเตอรี่พลังงานหรือแบตเตอรี่พลังงาน. ตัวอย่างเช่น NMC ในแบตเตอรี่ 18650 ภายใต้สภาพภาระปานกลางมีความจุประมาณ800mAh และสามารถให้บริการ 4A ถึง 5A กระแสการชาร์จ; ชนิด NMC เดียวกันถูกปรับปรุงให้ดีที่สุดสําหรับพลังงานเฉพาะที่มีกําลังเพียง 2,000mAh แต่สามารถให้กระแสการชาร์จต่อเนื่องของ 20Aแต่ความจุของภาระจะลดลง และอายุจักรยานจะสั้นลงซิลิคอนที่เพิ่มเข้าไปในกราฟไทต์มีอาการบกพร่อง, นั่นก็คืออะโนดขยายและหดตัวกับการชาร์จและการปล่อย, ทําให้โครงสร้างความเครียดทางกลขนาดใหญ่ของแบตเตอรี่ไม่มั่นคงความลับของ NMC คือการผสมผสานของนิเคิลและแมนแกนเนสเช่นเกลืออาหาร ที่มีสารประกอบหลักคือ โซเดียมและคลอริด ซึ่งเป็นสารพิษ แต่มันถูกผสมให้เป็นเกลือรส และสารอนุรักษ์อาหารนิเคิลมีพลังงานเฉพาะสูง, แต่มีความมั่นคงที่ต่ํา; โครงสร้าง spindle มังแกนส์บรรลุความต้านทานภายในต่ํา แต่พลังงานเฉพาะต่ํากว่า.NMC เป็นแบตเตอรี่ที่เลือกสําหรับเครื่องมือไฟฟ้า, จักรยานไฟฟ้าและพลังงานไฟฟ้าอื่น ๆ. การผสมผสาน cathodic เป็นปกติหนึ่งส่วนสามของไนเคิล, แมนแกนเซสที่สามและโคบาลต์ที่สาม, ยังรู้จักกันว่า 1-1-1.นี่ทําให้ผสมเป็นเอกลักษณ์ ที่ยังลดต้นทุนของวัสดุแท้ เนื่องจากมีสารโคบาลต์น้อยลงการผสมผสานที่ประสบความสําเร็จอีกอย่างคือ NCM ซึ่งประกอบด้วย นิเคิล 5 ส่วน, โคบาลต์ 3 ส่วน และมังกานีส 2 ส่วน (5 ¢ 3-2).ผสมผสานอื่น ๆ ของวัสดุแคทโดดในปริมาณที่แตกต่างกันก็สามารถใช้ได้เช่นกันเนื่องจากราคาสูงของโคบัลต ผู้ผลิตแบตเตอรี่เปลี่ยนจากโคบัลตไปใช้คาโธนิกเกิล ระบบที่ใช้นิกเกิลมีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า ค่าใช้จ่ายต่ํากว่าและมีอายุการใช้งานยาวกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้โคบาลต์, แต่มันมีความดันต่ํากว่าเล็กน้อย

ฟอสฟาตเหล็กลิทธิียม (LiFePO 4) ในปี 1996 มหาวิทยาลัยเท็กซัสพบว่าฟอสฟาตสามารถใช้เป็นวัสดุคาโทดสําหรับแบตเตอรี่ลิทธิียมที่สามารถชาร์จใหม่ได้ฟอสเฟตลิตียมมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่ดีและความต้านทานต่ําการทําเช่นนี้สามารถทําได้โดยการใช้วัสดุคาโทดฟอสฟาตขนาดนาโน ข้อดีหลักคือกระแสไฟฟ้าที่มีระดับสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ความมั่นคงทางความร้อนที่ดี ความปลอดภัยและความอดทนต่อการทุจริตที่เพิ่มขึ้นหากรักษาความดันสูงเป็นเวลานาน, ฟอสฟาตลิตียมมีความอดทนต่อสภาพการชาร์จทุกชนิดและมีความเครียดน้อยกว่าระบบลิตียมไอออนอื่น ๆ. ข้อเสียคือ 3.ความดันเฉพาะของแบตเตอรี่ 2V ทําให้พลังงานเฉพาะต่ํากว่าแบตเตอรี่ไอออนลิตยูมที่มีโคบัลตสําหรับแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ อุณหภูมิต่ําทําให้การทํางานลดลง อุณหภูมิในการเก็บรักษาที่เพิ่มขึ้นทําให้อายุการใช้งานสั้นลง และลิเดียมฟอสเฟตก็ไม่ใช่การยกเว้นฟอสเฟตลิธีียมมีการปล่อยตัวเองที่สูงกว่าแบตเตอรี่ไอออนลิธีียมอื่น ๆ, ซึ่งอาจทําให้เกิดปัญหาเรื่องการเก่าและความสมดุลมากขึ้น ซึ่งสามารถแก้ไขได้ โดยการใช้แบตเตอรี่ที่มีคุณภาพสูง หรือการใช้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ที่ทันสมัยแต่วิธีทั้งสองวิธีเพิ่มต้นทุนของแพ็คแบตเตอรี่ระยะเวลาใช้งานของแบตเตอรี่มีความรู้สึกต่อสารสกปรกในกระบวนการผลิต และไม่สามารถทนต่อการปรับปรุงของน้ําแบตเตอรี่บางชนิดมีอายุการใช้งานต่ําสุดเพียง 50 วงจรรูปที่ 9 สรุปคุณสมบัติของฟอสเฟตลิตียม ฟอสเฟตลิตียมถูกใช้โดยทั่วไปแทนแบตเตอรี่เริ่มต้นกรด鉛มีความกระตุ้นคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิงเชื้อเพลิงเชื้อเพลิง 2V จํานวนหกเซลล์ในชุด. รถชาร์จกรดหินแดงกับ 14.40V ((2.40V / แบตเตอรี่) และยังคงลอยชาร์จเป้าหมายของชาร์จลอย คือการรักษาระดับการชาร์จเต็ม และป้องกันการซัลเฟตของแบตเตอรี่กรด鉛.

แบตเตอรี่ลิตยูนิเคิลโคบัลตอะลูมิเนต (LiNiCoAlO2 หรือ NCA) แบตเตอรี่ลิตยูนิเคิลโคบัลตอะลูมิเนต หรือ NCA ได้ถูกใช้ตั้งแต่ปี 1999 มีพลังงานเฉพาะสูงความสามารถเฉพาะที่ดีและอายุการใช้งานยาวนานคล้ายกับ NMCความปลอดภัยและค่าใช้จ่ายไม่ค่อยน่าชื่นชม

ลิทธิียมทิตานาท (Li4Ti5O12) แบตเตอรี่แอนโดลิทธิียมทิตานาทเป็นที่รู้จักตั้งแต่ปี 1980 ลิทธิียมทิตานาทแทนกราฟิตในแอนโดของแบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนทั่วไปและวัสดุจะสร้างโครงสร้าง spindleคาโทดสามารถเป็นมังแกนเนตลิตียมหรือ NMC. ลิตียมไทแนนเนตมีแรงดันแบตเตอรี่ 2.40V, ซึ่งสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว, และให้กระแสการทอดสูงของ 10C.จํานวนวงจรถูกบอกว่าสูงกว่าของแบตเตอรี่ลิตยูไอออนทั่วไป. ลิทธิียมทิตานาทมีความปลอดภัยและมีคุณสมบัติการปล่อยของอุณหภูมิต่ําที่ดีเยี่ยม, ประสบความสําเร็จ 80% ของความจุที่ -30 °C (-22 °F). LTO (โดยปกติ Li4Ti5O12) มีความเครียดศูนย์,ไม่มีการสร้างเยื่อ SEI และไม่มีปรากฏการณ์การเคลือบไฟฟ้าลิเดียมระหว่างการชาร์จเร็วและการชาร์จอุณหภูมิต่ํา, ดังนั้นมันจึงมีผลงานการชาร์จ-การปล่อยที่ดีกว่าของ Li-ion และ anode graphite ผสมโคบาลต์ดั้งเดิม ความมั่นคงทางความร้อนในอุณหภูมิสูงยังดีกว่าระบบ Li-ion อื่น ๆ;อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่มีราคาแพง พลังงานเฉพาะต่ําเพียง 65Wh / kg เทียบเท่า NiCdรูปที่ 13 แสดงถึงคุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเดียมไทแนทการใช้งานทั่วไปคือ เครื่องขับเคลื่อนไฟฟ้า, UPS และไฟฟ้าแสงอาทิตย์ลิทธิียมมังกานาทและฟอสเฟตเหล็กลิทธิียมให้พลังงานเฉพาะและความมั่นคงทางความร้อนที่ดีกว่าลิทธิียมทิตานาทมีอายุการใช้งานที่ดีที่สุด