6種類の一般的なリチウム電池とその主な性能パラメータ

立体電池は カソード活性材料の名前で 立体電池と呼ばれています 立体電池はこの論文では,6つの一般的なリチウム電池タイプとその主要性能パラメータを要約しています特定のパラメータがまったく同じではありません. この論文は,現在のパラメータの一般的なレベルを示しています.6つのリチウム電池にはリチウムコバルト酸化物 (LiCoO2),リチウムマンガン酸 (LiMn2O4),リチウムニッケルコバルトマンガン酸 (LiNiMnCoO2またはNMC),リチウムニッケルコバルトアルミナート (LiNiCoAlO2またはNCA),リチウム鉄リン酸 (LiFePO4) とリチウムチタン酸 (Li4Ti5O12).

リチウムコバルト酸化物 (LiCoO2) 高い特異エネルギーは,リチウムコバルト酸化物を携帯電話,ノートPC,デジタルカメラの人気の選択肢にします.バッテリーはコバルト酸化カソードとグラフィット炭素アノードで構成されていますカソードには層構造があり,その間にリチウムイオンがアンードからカソードへ移動し,充電プロセスは反対方向に流れます. カソードは層構造を持っています.放出中にリチウムコバルト酸化物の欠点は,比較的短い寿命である.低熱安定性と限られた負荷容量 (特異力)他のコバルトハイブリッドリチウムイオン電池と同様に,リチウムコバルトオキシドはグラフィットアノードを使用し,そのサイクルの寿命は主に固体電解質インターフェース (SEI) によって制限されています.主にSEIフィルムの徐々に厚くなり耐久性を向上させるため,新しい材料システムにはニッケル,マンガンおよび/またはアルミニウムが加わります.負荷容量とコストを削減容量より高い電流で充電および放電してはならない.これは,2つの電池を持つ18,650のバッテリーが,400mAhは2未満または2に等しいで充電および放電できます強制的な急速充電または2400mA以上の負荷が加熱および過負荷ストレスを引き起こす可能性があります.最適な高速充電のために,製造者は 0 の充電倍数を推奨します.8°Cか2°Cくらいバッテリー保護回路は,エネルギーユニットの充電と放電速度を約1Cの安全レベルに制限します.

リチウムマンガネート (LiMn2O4) リチウムスピネルマンガネート電池は1983年に初めて発表された. 1996年に,モリ・エナジー社は,カソード材料としてリチウムマンガネス酸化物を含むリチウムイオン電池を商業化した.電極の離子流を向上させる3次元のスピネル構造を形成し,スピネルのもう1つの利点は,高熱安定性,安全性の向上,しかし サイクリングとカレンダー寿命は限られています. 低電池内抵抗は,高速充電と高電流放電を可能にします. 18650型セル,リチウムマンガナート電池は,20〜30Aの電流で放電することができます.中程度の熱蓄積がある. 50A1秒までの負荷パルスも適用できます.この電流の恒常的な高負荷により熱が蓄積し,バッテリーの温度は80°C (176°F) を超えることはできません.リチウムマンガネートは電動工具に使用されますリチウムマンガナートは,リチウムコバルト酸化物より約3分の"弱です.柔軟 な 設計 に よっ て,エンジニア は バッテリー の 寿命 を 最大 に する こと を 選択 でき ます,または最大負荷電流 (特異電源) や容量 (特異エネルギー) を増加させる.例えば,長寿命バージョンの18650バッテリーは,容量がわずか1,100mAhのみである.高容量バージョンは1500mAhで

ほとんどのリチウムマンガン酸化物とリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物 (NMC) を混合して特異エネルギーを増やし寿命を延長します.この組み合わせは各システムに最適な性能を提供します.そしてほとんどの電気自動車,ニッサンリーフ,シェブロレットヴォルト,BMW i3などのLMO (NMC) が搭載されている.バッテリーのLMO部分は約30%に達し,加速時に高い電流を提供することができる.NMCの部分は,長い範囲を提供します.リチウムイオン電池の研究では,リチウムマンガン酸化物とコバルト,ニッケル,マンガン,および/またはアルミニウムを活性カソード材料として組み合わせる傾向があります.アノードに少量のシリコンが加わりますこれは 25% の 容量 増加 を 提供 し て い ます.しかし,シリコン は 充電 と 放電 に よっ て 膨張 し,収縮 し,機械 的 ストレス を 引き起こし,短期の寿命と密接に関連しています. これらの3つの活性金属とシリコン強化は,特異エネルギー (容量),特異電力 (負荷容量) または寿命を改善するために簡単に選択することができます.消費電池には大きな容量が必要です.,産業用アプリケーションでは 充電容量も良し 寿命も長く 安全で信頼性の高いサービスを提供する バッテリーシステムが必要です

リチウムニッケルコバルトマンガン酸 (LiNiMnCoO2またはNMC) の最も成功したリチウムイオンシステムの一つは,ニッケルニッケルマンガンコバルト (NMC) のカソード組み合わせである.リチウムマンガネートに似ている例えば,中等負荷条件下での18650電池のNMCは,約2,500mAhの容量を持っています.800mAh で 4A から 5A の放電電電流を提供することができます同じタイプのNMCは,2000mAhの容量だけの特異的な電源に最適化されていますが,20Aの連続放電電電流を提供できます.負荷容量が減り サイクル寿命が短くなるグラフィットに加わったシリコンには欠陥があり,すなわち,電荷と放電によってアノードが膨張し収縮し,バッテリーの大きな機械的ストレス構造が不安定になります.NMC の 秘訣 は,ニッケル と マンガン の 組み合わせ です塩分と塩化物は毒性がありますが 調味料や食品保存剤として混ぜられていますニッケル は 高い 固有 エネルギー で 知ら れ ますマンガンのスピネル構造は内抵抗が低く,特異エネルギーは低い.この2つの活性金属は互いを補完する利点がある.NMC は 電動 工具 の 選択 の 電池 ですカソドコンビネーションは,通常,1/3のニッケル,3/3のマンガネス,3/3のコバルトで,1-1-1とも呼ばれます.コバルト含有量が減少したため 原材料のコストも削減する ユニークな混合物ですもう一つの成功した組み合わせは,ニッケル5部分,コバルト3部分,マンガン2部分 (5−3−2) を含むNCMでした.異なる量のカソード材料の他の組み合わせも使用することができる.コバルトの高コストのために,バッテリーメーカーがコバルトからニッケルカソードに切り替えました.ニッケルベースのシステムはより高いエネルギー密度,低コスト,コバルトベースの電池よりも長いサイクル寿命しかし,電圧は少し低い.

リチウム鉄リン酸塩 (LiFePO 4) 1996年,テキサス大学はリチャージ可能なリチウム電池のカソード材料としてリン酸塩を使用できることを発見しました.リチウム・フォスファートには優れた電気化学特性と低抵抗性がありますこの方法は,ナノスケールでのリン酸カソード材料を使用することで達成されます.主な利点は,高電流と長いサイクル寿命,良好な熱安定性,安全性向上,悪用耐性です.高電圧で長時間維持されている場合リチウムホスファートは,他のリチウムイオンシステムよりもすべての充電条件に耐性があり,ストレスは少なくなります.2V電池の名値電圧は,コバルトドーピングされたリチウムイオン電池よりも特異エネルギーが低いほとんどのバッテリーでは,低温で性能が低下し,貯蔵温度が上昇すると使用寿命が短くなり,リチウムリン酸塩も例外ではありません.リチウム・フォスファートは他のリチウム・イオン電池よりも高い自己放電率を持っています高品質のバッテリーや高度なバッテリー管理システムを使用することで補償できる,老化やさらなるバランス問題を引き起こす可能性があります.しかし両方法ともバッテリーパックのコストを増加させるバッテリーの寿命は,製造プロセスにおける不純物に対して非常に敏感で,水のドーピングに耐えることができない.ある電池の寿命は最低50サイクルしかありません. 図9はリチウム・フォスファートの性質を要約する. リチウム・フォスファートは,通常,鉛酸スターター電池の代わりに使用される. 4つのシリーズ電池は12.80Vを生産した.連続で6つの2Vの鉛酸電池と同じ電圧で,車両は鉛酸を14.40V (2.40V/バッテリー) に充電し,充電状態を保ちます.浮動電荷の目的は,充電レベルを完全に維持し,鉛酸電池の硫化防止です..

リチウムニッケルコバルトアルミナート (LiNiCoAlO2またはNCA) リチウムニッケルコバルトアルミナート電池またはNCAは1999年から使用されています.耐久性もNMCに似ているセキュリティとコストは ほほしくありません

リチウムチタン酸 (Li4Ti5O12) リチウムチタン酸アノード電池は,1980年代から知られています.リチウムチタン酸は典型的なリチウムイオン電池のアノードのグラフィットを置き換えています.材料はスピネル構造を形成するカソドはリチウムマンガネートまたはNMCである.リチウムチタンネートは,電池の名目電圧が2.40Vで,迅速に充電され,高放電電電流が10Cを提供します.通常のリチウムイオン電池よりも サイクル数が多いと言われています. リチウムチタンナートは安全で,低温下水性能が優れ,30°C (-22°F) の容量の80%に達する.LTO (通常Li4Ti5O12) はゼロストレインを持っています.急速充電と低温充電中にSEI膜形成やリチウム電圧塗装現象がない,従来のコバルト混合リチウムイオンとグラフィットアノードよりも優れた充電放電性能を有している.高温での熱安定性も他のリチウムイオンシステムよりも優れている.しかしリチウムチタナートは2.80Vと1.80Vに充電されます.図13は,リチウムチタン酸電池の特性を示しています.. 典型的な用途は電動駆動装置,UPS,太陽光路灯である.NCAは最も高い特異エネルギーを享受するが,リチウムマンガネートとリチウム鉄ホスファートは優れた特異力と熱安定性を提供しますリチウムチタナートは最高寿命です