22 年間のバッテリーのカスタマイズ

Lithium Manganese Oxide(LMO)バッテリー-LiMn2O4メーカー

Dec 10, 2019   ページビュー:2330

1)マンガン酸リチウム酸化物電池の概要

マンガン酸リチウム電池とは、マンガン酸リチウムを陽極材料として使用する電池のことです。その公称電圧は3.7Vです。現在主流のパワーバッテリーです。この種のバッテリーは、通常のエネルギー密度とサイクル寿命を持っています。環境保護があり、特許の制限はありません。しかし、マンガン酸リチウム酸化物は安定性が低く、ガスを分解しやすく、膨潤する可能性があり、高温性能が劣ります。

化学式がLiMn2O4(LCM)であるマンガン酸リチウム酸化物は、有望なリチウムイオンアノード材料の1つです。コバルト酸リチウムなどの従来のアノード材料と比較して、マンガン酸リチウム酸化物は、豊富な資源、低コスト、無公害、優れた安全性、優れたレート能力を備えています。パワーバッテリーの理想的なアノード材料です。

マンガン酸リチウム酸化物はスピネル型になりがちです。 LiMn2O4スピネルマンガン酸リチウムは、1981年にハンターによって製造された3D Liイオンチャネルを備えた最初のアノード材料です。これまで、国内外の多くの学者や研究者から注目を集めています。電極材料として、低価格、高電位、環境にやさしく、安全性能に優れ、LiCoO2に代わる新世代リチウムイオン電池の最も有望なアノード材料です。

2)LMOバッテリーカソード

マンガン酸リチウム酸化物の主成分は、スピネルマンガン酸リチウムと層状構造のマンガン酸リチウムです。スピネル構造のマンガン酸リチウム酸化物のモデルは、Fd3m空間群の一種である立方晶系に属しています。現在、大容量のマンガン酸リチウムアノード材料は合理的な構造を持っています。リチウムイオンは、構造が比較的安全で、構造が崩壊するリスクがなく、製品の安全性が保証されているため、スピネル格子から簡単かつ可逆的に分離できます。

3.2V 20Ah低温スクエアLiFePO4バッテリーセル
3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70%充電温度:-20〜45℃放電温度:-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率:3C

1.層状構造LiMnO2の理論容量は285mA・h / g、電圧プラットフォームは4Vです。層状構造は合成が難しく、不安定です。スピネル構造Li2Mn2O4を生成するのは簡単です。これは、電圧プラットフォームの低下、安定性の低下、および不可逆的な容量の低下につながります。

2.高圧スピネルLiMn2O4の理論容量は148mA・h / g、電圧プラットフォームは4.15です。高温性能が悪く、55℃を超えると容量が大幅に減衰します。スピネル構造Li2Mn2O4は容易に製造でき、電圧プラットフォームの低下、安定性の低下、不可逆的な容量減衰などにつながります。これは、現在業界で使用されているマンガン酸リチウム酸化物です。

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スピネルマンガン酸リチウム酸化物の構造図

3.スピネルLi2Mn2O4は、3Vの電気的低下、低容量、および循環不良を示します。人々はこれらの問題を回避する方法を研究しています。

3)LMOバッテリー構成

マンガン酸リチウム電池は、マンガン酸リチウムを陽極、黒鉛を陰極、電解液にLiPF6有機溶液を使用したリチウムイオン電池です。その公称電圧は3.7Vです。アルミニウムシェルに詰められたマンガン酸リチウム電池の構造を次の図に示します。

图片2.png

  • アノード構造:LiMn2O4(マンガン酸リチウム)+導電剤(アセチレンブラック)+接着剤(PVDF)+コレクター(アルミホイル)アノード

  • カソード構造:グラファイト+導電剤(アセチレンブラック)+接着剤(PVDF)+コレクター(銅箔)カソード

  • セパレーター:特殊な複合膜

  • ケース:スチールケースとアルミケースに分かれています

  • 有機電解質

  • トップカバーとボトムカバー

4)マンガン酸リチウム電池のしくみ

マンガン酸リチウム電池が充電されると、アノードのリチウムイオンが格子から分離し、電解質を通過してカソード表面に到達し、グラファイト層に埋め込まれます。退院すると、プロセスが逆になります。充電および放電プロセスでは、リチウムイオンがアノードとカソードの間を行き来します。これは「ロッキングチェア」バッテリーとしても知られています。

图片3.png

LiMn2O4の動作原理の概略図

充電プロセス

バッテリーが電源によって充電されると、アノード上の電子は外部回路からカソードに流れます。リチウムイオン(Li +)は、アノードから電解質に入り、セパレーターの小さな巻線穴を通過してカソードに到達し、すでにやってきた電子と結合します。

アノードでの反応:LiMn2O4 == Li1-xMn2O4 + Xli ++ Xe(electron)

カソードでの反応:6C + XLi + Xe == LixC6

放電プロセス

電池が放電すると、陰極の電子が外部回路から陽極に流れ、リチウムイオンが陰極から電解液に入り、セパレータの小さな巻線穴を通過して陽極に流れ、電子と結合します。すでにやってきた。

アノードでの反応Li1-xMn2O4 + xli ++ xe(electron)== LiMn2O4

カソードでの反応LixC6 == 6C + xLi + xe

低温高エネルギー密度の頑丈なラップトップ ポリマー電池 11.1V 7800mAh
低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

5)マンガン酸リチウム電池の長所と短所

マンガン酸リチウム酸化物には、優れたレート能力、容易な調製、および低コストという利点があります。欠点は、マンガンの溶解が高温性能とサイクル性能の低下につながることです。アルミニウムのドーピングと造粒の焼結により、高温性能とサイクル性能が大幅に向上し、基本的に実際の使用に対応できます。一般に、マンガン酸リチウム電池は、低コスト、安定性、低温性能に優れていますが、高温性能が悪く、減衰がやや速いです。

アノード材料は、低コスト、安全性、低温性能に優れていますが、材料自体が安定性が低く、分解してガスが発生しやすいため、他の材料と混合してコストを削減する傾向があります。電池の。ただし、サイクリング寿命の減衰は急速に進み、膨らむ傾向があります。高温性能が悪く、サイクル寿命も比較的短いです。主に大型・中型電池、パワー電池に使用されています。公称電圧は3.7Vです。

6)マンガン酸リチウム電池の特性

「マンガン酸リチウム酸化物:LiMn2O4カソード、グラファイトアノード

略語:1996年以降のLMOまたはLi-Mn(スピネル構造) "

電圧3.70V(3.80V)公称値;標準動作範囲3.0-4.2V /バッテリー
比エネルギー(静電容量) 100-150Wh / kg
料金(Cレート)標準値は0.7〜1C、最大値は3C、4.20Vまで充電(ほとんどのバッテリー)
放電(Cレート) 1 C.一部のバッテリーは10C、30Cパルス(5s)、2.50Vカットオフに達する可能性があります
サイクリングライフ300-700(放電深度と温度に関連)
熱暴走一般的な値は250°C(482°F)です。高電荷は熱暴走を促進します
タップ密度(g / cm3) 2.8〜3.0
比表面積(m2 / g) 0.4〜0.6
電圧プラットフォーム(V) 4
遷移金属豊富
材料費安いです
環境を守ること無毒
安全性能良い
応用電動工具、医療機器、電動パワートレイン

7)LMOバッテリーアプリケーション

マンガン酸リチウム酸化物は、有望なリチウムイオンアノード材料の1つです。コバルト酸リチウムや他の従来のアノード材料と比較して、マンガン酸リチウムは、豊富な資源、低コスト、無公害、優れた安全性、優れたレート能力という利点があります。パワーバッテリーの理想的なアノード材料です。したがって、リチウム電池の電極材料、特に新世代のマンガン酸リチウムアノード材料は、電気自動車のパワーバッテリー市場において大きな可能性を秘めています。マンガン酸リチウム酸化物は低価格で豊富な資源を持っているため、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムよりも製造が容易であり、リチウムイオン電池は新しい開発の時代に入ります。

マンガン酸リチウム酸化物材料はそのような明確な特性を持っているので、人々はその利点を利用し、その欠点を回避します。そのため、マンガン酸リチウム電池は、通常クラスAおよびクラスBアプリケーションと呼ばれるさまざまな分野で使用されています。

クラスAは、安全性とリサイクル性能に重点を置いたパワーバッテリーを指します。 100〜115mAh / gの可逆容量を持ち、500サイクル後も80%の容量を維持する必要があります。

クラスBは主に家庭用電化製品に使用されます。大容量が特徴です。一般に、120 mAh / gの可逆容量が必要であり、300〜500サイクル後に60%の容量を維持する必要があります。これら2種類の電池の性能の違いは、製造工程で実現されています。

8)LMOとNMCバッテリー

LMOバッテリー(LiMn2O4)

マンガン酸リチウム電池は、マンガン酸リチウム材料をアノードに使用した電池です。マンガン酸リチウム電池の公称電圧は2.5〜4.2Vです。マンガン酸リチウム電池は、低コストで安全性に優れていることから広く使用されています。

酸化マンガンリチウム電池は、低コスト、安全性、低温性能に優れていますが、材料自体が安定性が低く、分解・ガス発生しやすいため、他の材料と併用する傾向があります。バッテリーのコスト。ただし、サイクル寿命が急速に減衰し、高温性能が低く、寿命が比較的短いために膨らむ傾向があります。主に大型・中型電池やパワー電池に使用されています。その公称電圧は3.7Vです。

NMC(LiNiMnCoO2)

三元リチウム電池は、アノードにリチウムNiCoMnO2またはNCAを使用するリチウムイオン電池です。三元複合陽極材料の原料は、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩です。比率は実際のニーズに応じて調整できます。アノードとして三元材料を使用したバッテリーは、コバルト酸リチウムバッテリーよりも安全性が比較的優れています。

NCMはリチウムイオン電池の重要な材料の1つです。 NCMは、コバルトの3分の2以上をより安価なニッケルとマンガンに置き換えるため、明らかにコスト面で有利です。マンガン酸リチウムやリン酸鉄リチウムなどの他のリチウムイオンアノード材料と比較して、NCMとリチウムコバルト酸化物は同様の電気化学的性能と処理性能を備えているため、NCM材料は新しい電池材料になり、徐々にリチウムコバルト酸化物に取って代わり、新世代のリチウムイオン電池材料。

LMOバッテリーとNMCバッテリーを比較する

  1. LMOには貴金属がなく、価格も比較的安いです。 NCMは、コバルト企業の影響を受けて高価です(高ニッケル材料は、BOMコストを削減しますが、プロセスコストを増加させます)。

  2. LMO電圧プラットフォームは高く、3.75〜3.8Vです。 NCM電圧プラットフォームは低く、3.6〜3.7Vです。

  3. スピネル構造のLMOは比較的安全です。層状構造のNCMは、リチウムとニッケルの混合が容易で、安全性が低い(Ni%が高いほど悪い)。

  4. 最も重要なグラム量については、LMOが低く、NCMが高くなっています。

  5. LMOの高温性能は特に劣るため、工業的方法はLMOドーピング三元法です。典型的なパーセンテージはLMOです:NCM = 7:3(低コスト、電動自転車)、5:5または3:7(貨物バン)

  6. LFPを追加した後、全体的なコスト:純粋なLMO <LFP≤LMO混合NCM <NCM

  7. 平均寿命

マンガン酸リチウムの特性は、以下にさらに当てはまります。(1)コスト制限。 (2)エネルギー密度には一定の要件があります。 (3)電動自転車、低速車などの現場では、安全要件はそれほど深刻ではありません。

9)主流のリチウム電池のアノード材料特性の比較

アノード材料は、リチウムイオン電池の性能を決定する重要な材料の1つであり、現在の市販のリチウムイオン電池のリチウムイオンの主な供給源でもあります。その性能と価格はリチウムイオン電池に大きな影響を与えます。現在、開発および適用されているアノード材料には、主にコバルト酸リチウム(LCO)、酸化リチウムマンガン(LMO)、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物(NCM)、リチウムニッケルコバルトアルミネート(NCA)、リン酸鉄リチウム( LFP)およびチタン酸リチウム(LTO)。

いくつかの市販のアノード材料の性能比較

項目LCO LMO NCM NCA LFP LTO
化学式LiCoO2 LiMn2O4 LiNiCoMnO2 LiNiCoAlO2 LiFePO4 Li2TiO3
理論容量(mAh / g) 274 148 275 275 170 175
実際の容量(mAh / g) 140 120 160〜220 180 150 160
タップ密度(g / cm3) 2.8 2.2 2.62.6 2.62.6 1 1.68
圧縮密度(g / cm3) 4.2 3 3.6 3.6 2.2 2.43
電圧プラットフォーム(V) 3.7 4 3.5 3.5 3.3 2.4
サイクリングライフより良い悪い普通普通ベストより良い
遷移金属希少最も豊富より豊富より豊富最も豊富不足
材料費もっと高い安いです高価な高価な安いです高価な
環境を守ることコバルトを含む無毒ニッケルとコバルトを含むニッケルとコバルトを含む無毒無毒
安全性能悪い良いより良いより良いベストより良い

次の図は、鉛、ニッケル、リチウムシステムの特定のエネルギーを比較しています。リチウムアルミニウム(NCA)は、他のシステムよりも多くの容量を保存することで勝者ですが、特定のシナリオでの電力使用にのみ適しています。マンガン酸リチウム(LMO)とリン酸リチウム(LFP)は、比出力と熱安定性に優れています。チタン酸リチウム(LTO)は容量が少ない場合がありますが、他のバッテリーよりも寿命が長く、低温性能が最も優れています。

图片4.png

鉛、ニッケル、リチウムベースのバッテリーの典型的な比エネルギー

NCAは最も高い比エネルギーを持っています。ただし、マンガン酸リチウムとリン酸鉄リチウムは、電力と熱安定性に優れています。チタン酸リチウムは最高の耐用年数を持っています。

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