1. Mikä on litiumrautamangaanifosfaatti?
Litiumrautamangaanifosfaatti on uusi katodimateriaali, joka on muodostettu seostamalla litiumrautafosfaattia tietyllä määrällä mangaanialkuainetta. Koska mangaanin ja rauta-alkuaineiden ionisäteet ja jotkut kemialliset ominaisuudet ovat samankaltaisia, litiumrautamangaanifosfaatti ja litiumrautafosfaatti ovat rakenteeltaan samanlaisia, ja molemmilla on oliviinirakenne. Energiatiheyden näkökulmasta litiumrautamangaanifosfaatti on litiumrautafosfaattia parempi, joten sitä pidetään "litiumrautafosfaatin päivitettynä versiona".
Litiumrautamangaanifosfaatti voi murtautua litiumrautafosfaatin energiatiheyden pullonkaulan läpi. Tällä hetkellä litiumrautafosfaatin enimmäisenergiatiheys on vakiintunut noin 161–164 Wh/kg:n välille. Fosfaattipohjaisena materiaalina, jolla on korkeampi energiatiheys, litiumrautamangaanifosfaatin käyttö voi auttaa murtamaan litiumrautafosfaatin energiatiheyden pullonkaulan, mikä avaa teollistumismahdollisuuksia.
Litiumrautamangaanifosfaatilla on etuja energiatiheyden, turvallisuuden, alhaisen lämpötilan suorituskyvyn ja kustannusten suhteen.
2. NCM:n, LFP:n ja LFMP:n suorituskykyvertailu
|
Tuote |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Kemiallinen kaava |
Li(NixCoyMnz)O2 |
LiFePO4 |
LiMn(1-x)FexPO4 |
|
Kristallirakenne |
Kerrosrakenne |
Peridootti |
Peridootti |
|
Ominaiskapasiteetti (mAh/g) |
150-220 |
130-140 |
130-140 |
|
Jännitealue |
3.4-3.8 |
3.4 |
4.1 |
|
Energiatiheys (Wh/kg) |
180-300 |
100-200 |
Korkeampi kuin LFP |
|
Jakson käyttöikä (kertaa) |
800-2000 |
2000-6000 |
2000-3000 |
|
Matalan lämpötilan suorituskyky |
Hyvä |
Huono |
Parempi kuin LFP |
|
Suorituskyky korkeassa lämpötilassa |
Yleisesti |
Hyvä |
Parempi kuin NCM |
|
turvallisuutta |
Yleisesti |
Hyvä |
Hyvä |
|
Materiaalikustannukset |
Hintava |
Alhaiset kustannukset |
Alhaiset kustannukset |
Suorituskykyvertailutaulukko
Energiatiheys: NCM (korkea nikkeli) > LMFP > LFP
Mangaanielementin etuna on korkea jännite. Litiumrautamangaanifosfaatti seostetaan mangaanilla litiumrautafosfaatin pohjalta jännitteen nostamiseksi 3,4 V:sta 4,1 V:iin. Korkea jännite tuo suuren energiatiheyden. LMFP:n energiatiheys on 15–20 % suurempi kuin LFP:n. LMFP:n energiatiheys voi saavuttaa tason NCM 523 tai jopa NCM 622, jolla on merkittäviä etuja LFP:hen verrattuna.
Suojaus: LFP ≈ LMFP > NCM
LMFP-kiteellä on kuusikulmainen tiiviisti pakattu rakenne. Tämän rakenteen suurin etu on sen hyvä vakaus. Vaikka kaikki litiumionit irrottaisivat latauksen aikana, rakenteiden romahtamisen ongelmaa ei ole. Samaan aikaan materiaalissa olevat P-atomit muodostavat PO4-tetraedrejä PO:n vahvojen kovalenttisten sidosten kautta, ja O-atomien on vaikea paeta rakenteesta, joten materiaalilla on erittäin korkea turvallisuus ja stabiilisuus.
Matalan lämpötilan suorituskyky: NCM > LMFP > LFP
Nano-LFP:n kapasiteetin säilyvyysaste on noin 67 % -20 asteessa, kun taas LMFP voi säilyttää kapasiteetin 71 %:ssa. Sekoitettuna NCM-materiaaleihin, joiden massasuhde on 15 %, retentioaste voi olla 74 %.
Tuotantokustannukset: NCM > LFP Suurempi tai yhtä suuri kuin LMFP
Materiaalipuolelta maailma on runsaasti mangaanimalmivarantoja, ja LMFP:n ja LFP:n kustannukset ovat lähes samat. LMFP:n valmistuskustannukset ovat noin 10 % kalliimpia kuin LFP:n, mutta LMFP:n energiatiheyttä voidaan kasvattaa 15 %. Myöhempien teknologia- ja raaka-ainepäivitysten ansiosta valmistuskustannukset ovat vähintään 10 % alhaisemmat kuin LFP:n tulevaisuudessa.
|
Suorituskykyparametrit |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Litiumionidiffuusionopeus (cm2/S) |
10-9 |
10-14 |
10-15 |
|
Johtavuus (S/cm) |
10-3 |
10-9 |
10-13 |
NCM:n, LFP:n ja LFMP:n johtavien ominaisuuksien vertailu
3. Mikä on litiumrautamangaanifosfaatin suurin pullonkaula?
Litiumrautamangaanifosfaatissa on puutteita nopeuden suorituskyvyssä, syklin suorituskyvyssä jne., mikä estää teollistumisen edistymistä. Johtavuus ja litiumionidiffuusionopeus ovat alhaiset, ja nopeuden suorituskyky on suhteellisen huono.
Kiderakenne: Vaikka litiumrautamangaanifosfaatin kuusikulmainen tiiviisti pakattu rakenne on turvallinen ja vakaa, materiaalissa ei ole jatkuvaa FeO6 (MnO6) jaettua reunaoktaedriverkostoa, vaan se on yhdistetty PO4-tetraedrien kautta. Siksi se ei voi muodostaa jatkuvaa Co-O-Co-rakennetta, kuten litiumkobolttioksidimateriaalit. Materiaalilla on huono johtavuus ja heikko suurvirtapurkauskyky. Lisäksi nämä monitahoiset muodostavat toisiinsa yhdistetyn kolmiulotteisen rakenteen, mikä rajoittaa litiumionien liikettä yksiulotteisissa kanavissa.
Metalliset ominaisuudet: Mangaanielementillä on suhteellisen heikko johtavuus. Elektronien siirtymäenergiarako litiumrautamangaanifosfaatissa on jopa 2 eV (litiumrautafosfaatin siirtymäenergiarako on 0,3 eV), jonka haittapuolena on alhainen johtavuus ja ionien liikkuvuus.
