Pemahaman Cepat Karakteristik dan Parameter Enam Baterai Lithium Umum (2/6)

March 5, 2019

Materi kedua

LiMn 2 O 4 (kami juga menyebut daya tinggi atau baterai tingkat tinggi)

Baterai lithium manganate spinel pertama kali dilaporkan pada tahun 1983. Pada tahun 1996, Moli Energy Company mengkomersialkan baterai lithium-ion menggunakan lithium manganate sebagai bahan katoda. Struktur membentuk struktur spinel tiga dimensi, yang dapat meningkatkan aliran ion pada elektroda, sehingga mengurangi resistansi internal dan meningkatkan daya dukung arus. Keuntungan lain dari spinel adalah stabilitas dan keamanan termal yang tinggi, tetapi siklus dan masa pakainya terbatas. Resistansi internal baterai yang rendah dapat mewujudkan pengisian cepat dan pelepasan arus yang tinggi. Baterai tipe 18650, baterai lithium manganate dapat habis pada arus 20-30A, dan memiliki akumulasi panas sedang. Muat pulsa hingga 50A1 detik juga dapat diterapkan. Beban tinggi terus-menerus pada arus ini akan menyebabkan akumulasi panas, dan suhu baterai tidak boleh melebihi 80 C (176 F). Lithium manganate digunakan dalam peralatan listrik, perangkat medis, dan kendaraan listrik hibrida dan murni.

Gambar 4 mengilustrasikan pembentukan kerangka kristal tiga dimensi pada katoda baterai lithium manganate. Struktur spinel biasanya terdiri dari bentuk belah ketupat yang terhubung ke kisi, dan biasanya terjadi setelah pembentukan baterai.

Gambar 4: Struktur Lithium manganate.

Kristalisasi katoda lithium manganat memiliki struktur kerangka tiga dimensi yang terbentuk setelah pembentukan. Spinel memberikan daya tahan yang rendah tetapi energi spesifik lebih rendah dari lithium cobalt.

Kapasitas litium manganat sekitar sepertiga lebih rendah dari litium kobalt. Fleksibilitas desain memungkinkan para insinyur untuk memilih memaksimalkan masa pakai baterai, atau meningkatkan arus beban maksimum (daya spesifik) atau kapasitas (energi spesifik). Misalnya, versi tahan lama baterai 18650 memiliki kapasitas moderat hanya 1.100 mAh, sedangkan versi kapasitas tinggi memiliki kapasitas moderat 1.500 mAh.

Gambar 5 menunjukkan diagram laba-laba dari baterai lithium manganate yang khas. Parameter karakteristik ini tampaknya tidak ideal, tetapi desain baru meningkatkan daya, keselamatan, dan masa pakai. Baterai lithium manganate murni tidak lagi umum saat ini; mereka hanya digunakan dalam situasi khusus.

Gambar 5: Diagram laba-laba dari baterai lithium manganat murni.

Meskipun kinerjanya umum, desain lithium manganate baru dapat meningkatkan daya, keamanan, dan kehidupan.

Sebagian besar lithium manganat dicampur dengan lithium nickel mangan cobalt oxide (NMC) untuk meningkatkan energi spesifik dan memperpanjang usia. Kombinasi ini menghadirkan kinerja terbaik dari setiap sistem, dan sebagian besar kendaraan listrik, seperti Nissan Leaf, Chevrolet Volt dan BMW i3, menggunakan LMO (NMC). Bagian LMO baterai dapat mencapai sekitar 30% dan memberikan arus yang lebih tinggi saat akselerasi, sedangkan bagian NMC menyediakan rentang yang panjang.

Baterai lithium-ion cenderung untuk menggabungkan lithium manganate dengan cobalt, nikel, mangan dan / atau aluminium sebagai bahan katoda aktif. Dalam beberapa arsitektur, sejumlah kecil silikon ditambahkan ke anoda. Ini memberikan peningkatan kapasitas 25%; Namun, karena silikon mengembang dan menyusut selama pengisian dan pemakaian, silikon menyebabkan tekanan mekanis, yang biasanya terkait erat dengan masa pakai siklus pendek.

Ketiga jenis logam aktif dan tulangan silikon ini dapat dipilih dengan mudah untuk meningkatkan energi spesifik (kapasitas), daya spesifik (kapasitas muat) atau umur. Baterai konsumen membutuhkan kapasitas besar, sedangkan aplikasi industri membutuhkan sistem baterai, yang memiliki kapasitas muat yang baik, tahan lama dan memberikan layanan yang aman dan andal.

Nilai nominal tegangan 3,70V (3,80V); rentang operasi khas 3.0-4.2V / baterai

Energi spesifik (kapasitas) 100-150Wh / kg 100-150 Wh / kg

Pengisian Daya (C Rate) Nilai tipikal adalah 0.7-1C, nilai maksimum adalah 3C, pengisian ke 4.20V (kebanyakan baterai)

Pelepasan (tarif C) 1C; beberapa baterai dapat mencapai pulsa 10C, 30C (5s), 2.50V.

siklus hidup 300-700 (tergantung pada kedalaman dan suhu pembuangan)

Pelarian termal Nilai tipikal adalah 250 derajat C (482 derajat F). Biaya tinggi mendorong pelarian termal

aplikasi Alat listrik, peralatan medis, sistem transmisi tenaga listrik

Catatan Daya tinggi tetapi kapasitas rendah; lebih aman dari lithium cobalt oxide; biasanya dicampur dengan NMC untuk meningkatkan kinerja.