¿Qué es una pila ternaria de litio?

Ventajas de la batería ternaria de litio

La luz batería de moto de TYCORUN ENERGY ODM fabricantes de baterías de iones de litio es la batería de litio ternario, níquel, cobalto y manganeso materiales ternarios tienen las siguientes ventajas, respectivamente.

Co3+ : reduce la ocupación de la mezcla catiónica, estabiliza la estructura en capas del material, reduce el valor de la impedancia, mejora la conductividad, mejora el rendimiento del ciclado y la eficiencia.

Ni2+ : puede mejorar la capacidad del material (mejorar la densidad de energía volumétrica del material), y debido al radio similar del Li y el Ni, demasiado Ni se dislocará con el Li y provocará la mezcla de litio y níquel.

Cuanto mayor sea la concentración de iones de níquel en la capa de litio, más difícil será para el litio desensamblarse en la estructura de capas, lo que dará lugar a un rendimiento electroquímico deficiente.

Mn4+ : No sólo puede reducir el coste de los materiales, sino también mejorar su seguridad y estabilidad. Sin embargo, un alto contenido de Mn hará que aparezca fácilmente la fase espinela y destruirá la estructura en capas, lo que provocará una reducción de la capacidad y de la atenuación cíclica.

La alta densidad energética y el buen rendimiento cíclico son las mayores ventajas de la batería ternaria de litio, que también es un factor importante de la batería. La plataforma de tensión determina la eficiencia básica y el coste de la batería, y es un indicador importante de la densidad energética de la batería.

Cuanto mayor sea la plataforma de tensión, mayor será la capacidad específica. Por tanto, a igualdad de volumen y peso, o incluso a igualdad de amperios hora de la batería, cuanto mayor sea la plataforma de tensión de la batería ternaria de litio, más durará.

En concreto, la plataforma de tensión de descarga de la batería ternaria de litio simple alcanza los 3,7 V, la de fosfato de hierro y litio es de 3,2 V, y la de titanato de litio es de sólo 2,3 V. Por lo tanto, desde la perspectiva de la densidad energética, la batería ternaria de litio tiene ventajas absolutas y es una batería con un excelente rendimiento integral.

Desventajas de la pila ternaria de litio

La mayor desventaja de la pila ternaria de litio es su relativamente baja seguridad, y su bajo punto de ignición cuando recibe un golpe y la temperatura es alta. Como se ha indicado anteriormente, la batería de litio ternaria se compone principalmente de una batería de litio de aluminato de níquel-cobalto y una batería de litio de manganeso de níquel-cobalto.

Debido a la estructura inestable del níquel-cobalto-aluminio a alta temperatura, conduce a una mala seguridad a alta temperatura, y el valor de pH es demasiado alto para hacer que el monómero se infle, lo que conduce al peligro.

Comparación de la batería ternaria de litio y la batería de litio hierro fosfato

En el campo de los vehículos eléctricos, la batería ternaria de litio y el batería de litio hierro fosfato son dos corrientes principales. Sus estructuras físicas y químicas son diferentes, por lo que las propiedades de los materiales también lo son, lo que provoca diferencias de rendimiento.

Las ventajas de la pila ternaria de litio son la alta densidad energética, el buen rendimiento a bajas temperaturas, la alta densidad de carga y descarga y la estimación precisa de la cantidad de electricidad, mientras que las ventajas de la pila de litio y fosfato de hierro son el bajo coste, la seguridad y la estabilidad.

Densidad energética

Esto se debe a que, desde el punto de vista de la estructura del propio material, el material ternario tiene menor peso molecular con el mismo número de iones de litio, por lo que su capacidad específica es mayor que la del hierro-litio, y la densidad energética de la batería también es mayor.

La estructura cristalina de los materiales ternarios es estratificada. Durante el proceso de carga y descarga, el Li+ se desincrusta en la estructura entre capas de MO6 (Mn=Ni, Mn, Co). Con el aumento del contenido de níquel, aumenta el Li+ desincrustado, y aumentan la capacidad teórica y la densidad de energía de la batería de materiales ternarios.

El cristal de fosfato de hierro y litio presenta una estructura de red tridimensional de olivino, formando un canal unidimensional de transporte de Li+, limitando la difusión de Li+. Al mismo tiempo, el FeO6 octaédrico está ligado coapexalmente, lo que da lugar a una movilidad de electrones 100-1000 veces más lenta que la de la estructura ternaria en capas.

Los iones de litio del electrodo catódico ternario pueden moverse en dos direcciones distintas, lo que hace que la batería sea más potente y tenga más capacidad de carga y descarga que el hierro de litio.

Seguridad y estabilidad

Sin embargo, como el radio del Ni2+ (0,069nm) y del Li+ (0,076nm) es próximo entre sí, la probabilidad de que el Li y el Ni se mezclen aumenta rápidamente con el incremento del contenido de níquel en los materiales terpoliméricos sinterizados a alta temperatura, lo que dificulta la desintercalación del Li+, dando lugar a la reducción de la capacidad específica y de las propiedades de ciclado de los materiales y dificultando su reversibilidad.

Además, con el aumento del contenido de níquel, aumenta la proporción inestable de Ni3+ en el material, que tiende a reaccionar con la humedad y el dióxido de carbono del aire, lo que agrava la pérdida de capacidad específica y el rendimiento cíclico.

Por el contrario, el enlace químico P-O del fosfato de hierro y litio es relativamente estable, y sólo se descompondrá cuando la temperatura alcance los 700-800 grados Celsius. Aunque la batería se deforme y se dañe, no se liberarán moléculas de oxígeno y se producirá una combustión violenta. Por lo tanto, la batería de litio hierro tiene mejor estabilidad y rendimiento de seguridad.

Rendimiento térmico

Además, al comparar las diferencias de rendimiento entre la batería ternaria de litio y la batería de litio hierro fosfato, se descubre que el cátodo ternario tiene ventajas en la capacidad específica del cátodo y en la densidad de energía de la batería debido a la estructura de red de capas activas en comparación con la estructura de olivino del litio hierro, y su rendimiento a baja temperatura también es mejor que el del litio hierro.

La capacidad de liberación de la batería ternaria de litio es un 15 % superior a la de la batería de hierro-litio a menos 20℃. Esta diferencia de rendimiento permitirá que los coches equipados con batería ternaria de litio tengan un mejor kilometraje que los equipados con batería de hierro-litio en invierno.

Debido a su estructura reticular más estable, el material de hierro litio tiene una ventaja evidente en seguridad y estabilidad a alta temperatura. Al mismo tiempo, la estructura estable del hierro-litio también aporta un mayor primer efecto y vida útil del ciclo que el ternario.

Curva SOC

Además, el rendimiento electroquímico de la batería ternaria de litio y la batería de litio hierro fosfato también es diferente debido a la curva SOC. La curva SOC de la batería ternaria de litio tiene una relación relativamente lineal con su nivel de tensión, mientras que la curva SOC de la batería de litio-hierro no puede determinarse fácilmente por su transformación de tensión debido a su larga plataforma de carga y descarga y a la mutación de la tensión tras el periodo de meseta.

El SOC estimado de la batería de litio ternaria está dentro de 1-2% de su valor real, mientras que el SOC estimado de la batería de litio de hierro puede estar alrededor de 10% de su valor real. A menudo, los propietarios de coches quieren saber cuánto baterías de automóvil Por último, durante la conducción (haga clic en el enlace para saber cómo calcular), debido a la diferencia de la curva SOC, el coche con batería de litio ternaria es más capaz de calcular y mostrar la autonomía restante, mientras que el coche con modelo de litio de hierro es propenso a una caída repentina en el coeficiente de visualización de la autonomía, trayendo así la diferencia en la experiencia de uso de los propietarios.

Ventajas económicas

En el mismo volumen, la batería de litio ternaria siempre realiza una mejor densidad de energía, es decir, el mismo volumen y masa, utilizando la batería de litio ternaria puede correr más lejos. Sin embargo, con los materiales ternarios (níquel, cobalto, manganeso (aluminio)), la proporción de níquel es cada vez mayor.

La densidad energética de la batería siguió mejorando, pero volvieron a surgir problemas de longevidad, sobrecalentamiento e incluso seguridad. Por no hablar del uso de metales raros, lo que ha provocado que las baterías ternarias de litio se hayan visto sometidas a presiones de costes elevados.

Al mismo tiempo, el material hierro-litio tiene evidentes ventajas de precio y coste en comparación con el níquel, el cobalto y el manganeso, que son más escasos en los materiales ternarios, porque sus componentes son principalmente hierro y fósforo baratos.

Por tanto, las ventajas y desventajas de la batería ternaria de litio y la batería de litio hierro fosfato son complementarias. La mayor ventaja del litio hierro fosfato es su alta seguridad y bajo coste. Teóricamente, la pila de litio hierro fosfato puede soportar unas dos veces la temperatura de la pila ternaria de litio, y no liberará oxígeno en estado de descomposición, con bajo riesgo de combustión espontánea.

Además, tiene más ciclos de carga y no contiene el metal raro cobalto, lo que supone una gran ventaja económica. Por supuesto, las desventajas de fosfato de hierro de litio son baja densidad de energía, atenuación grave a baja temperatura, gran error de estimación de la energía restante y así sucesivamente.

Nuevo producto de batería ternaria de litio:Batería ternaria de hierro y litio

Teóricamente, si las células de litio ternario y litio fosfato de hierro se ponen juntas en serie en una cierta proporción, se puede obtener una batería relativamente equilibrada en todos los aspectos. Y después de la serie, porque el sistema de batería tiene mejor resistencia al calor de la célula de litio de hierro, si la pérdida de control térmico, la célula de litio de hierro también puede bloquear la transmisión de calor hasta cierto punto.

Sin embargo, no se han fabricado productos en serie de este tipo, lo que significa que esta solución teóricamente factible se ha topado con enormes problemas irresolubles en la práctica.

Sin embargo, recientemente, Nio ha lanzado una batería ternaria de hierro-litio, lo que significa que las dificultades teóricas y prácticas se han resuelto y el producto puede fabricarse realmente en serie.

(video：Fábrica de pack de baterías de litio explica el proceso de pack de batería de iones de litio 12v 24ah en detalle)