Batterie Lfp vs nmc - analyse comparative des matériaux et des batteries

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Matériel et batterie Lfp

Par rapport à la batterie lfp vs nmc, lifepo4 de structure olivine réticulaire tridimensionnelle forme un canal de transmission de Li + unidimensionnel et limite la diffusion de Li +. Pendant ce temps, le feo6 octaédrique est connecté au sommet, ce qui a une faible conductivité électronique et une grande polarisation lors de la décharge d'un grand multiplicateur. Afin de résoudre les problèmes de faible diffusion des ions lithium et de conductivité électronique des matériaux lifepo4, la technologie actuelle est principalement améliorée par la nanotechnologie, le revêtement de carbone, le dopage et d'autres moyens.

Le processus de charge et de décharge du matériau lifepo4 change principalement entre les phases lifepo4 et fepo4, et le taux de changement de volume est faible, ce qui rend le matériau extrêmement stable. Par conséquent, la sécurité et la stabilité du matériau lfp et de la batterie ne font aucun doute.

La batterie Lfp présente principalement les caractéristiques suivantes :
● Les performances du cycle de la batterie Lfp sont excellentes, la durée de vie du cycle de la batterie d'énergie peut atteindre 3000~4000 fois, et le cycle de la batterie de multiplicateur peut même atteindre des dizaines de milliers de fois.

● Comparer lfp vs nmc batterie, lfp batterie a d'excellentes performances de sécurité, même à haute température peut encore maintenir une structure relativement stable, ce qui rend lfp batterie sûr et fiable, même dans la batterie déformation et de dommages n'apparaîtra pas la fumée, le feu et d'autres accidents de sécurité.

D'autre part, les ressources en matières premières lfp sont relativement riches, ce qui réduit considérablement le coût d'utilisation des matériaux et des piles. Par ailleurs, le fer et le phosphore étant des éléments respectueux de l'environnement, les matériaux et les piles lfp ne polluent pas l'environnement.

Cependant, pour nmc vs lifepo4, les caractéristiques structurelles des matériaux lifepo4 déterminent que le matériau a une conductivité ionique et électronique relativement faible, et à mesure que la température diminue, l'impédance de transfert des électrons et l'impédance de migration des charges augmentent toutes deux rapidement, ce qui entraîne une mauvaise performance à basse température de la batterie.

Matériel et batterie Nmc

Depuis que le matériau Li (NixCoyMn1-x-y) O2 a été signalé pour la première fois, il a suscité une grande attention de la part des chercheurs. Afin de réduire la pression exercée sur les coûts par l'augmentation du prix du cobalt, la recherche de matériaux à faible teneur en cobalt, voire sans cobalt, a été menée dans le monde entier, et ces matériaux pourraient devenir les matériaux cathodiques les plus courants à l'avenir.

Li (NixCoyMn1-x-y) O2 présente des similitudes avec la structure LiCoO2. Prenons l'exemple du matériau NCM111 nmc, où Li + est situé en position 3a dans la structure, Ni, Mn et Co sont distribués aléatoirement en position 3b, et l'oxygène du réseau occupe la position 6c. La structure de la couche de métal de transition est composée de Ni, Mn et Co, et est entourée de 6 oxygènes de réseau pour former la structure octaédrique MO6 (M=Ni, Co ou Mn), tandis que l'ion lithium est incorporé dans la couche MO6.

Pendant la charge et la décharge, les ions lithium sont désincrustés dans la structure intercalaire MO6, et les paires électriques impliquées dans la réaction électrochimique sont Ni2 + / Ni3 +, Ni4 +, Ni3 + et Co3 + / Co4 +, tandis que les éléments Mn sont électrochimiquement inertes et ne contribuent pas à la capacité électrochimique. Selon le rapport de la teneur en Ni, les matériaux et les batteries nmc peuvent être divisés en types conventionnels et en types à forte teneur en nickel. Avec l'augmentation de la teneur en Ni, l'incorporation de lithium amovible augmente, la capacité du matériau et la densité énergétique de la batterie augmentent, de sorte que les matériaux et les batteries nmc à forte teneur en nickel constituent le point chaud de la recherche actuelle et présentent de nombreux défis.

Tout d'abordLe rayon Ni2 + étant très proche du rayon Li +, avec l'augmentation de la teneur en Ni, la probabilité que le matériau nmc à forte teneur en nickel produise un mélange Li / Ni lors de la préparation du frittage à haute température augmente fortement. Et il est difficile pour le lithium de pénétrer dans la couche MO6, ce qui entrave la capacité de transmission de Li +, entraînant la réduction de la capacité spécifique et la réduction de la performance du cycle et il est difficile de l'inverser.

DeuxièmementAvec l'augmentation de la teneur en Ni, la proportion de Ni3 + dans le matériau augmente également, et Ni3 + est très instable, exposé à l'air, il est très facile de réagir avec l'eau et le CO2 dans l'air pour produire l'alcali résiduel de surface, ce qui entraîne la perte du matériau ternaire (matériau de cathode pour la préparation de l'eau de mer). pile ternaire au lithium) et la performance de circulation. En outre, une trop grande quantité de résidus en surface entraînera une production importante de gaz dans la batterie nmc, ce qui affectera ses performances en matière de circulation et de sécurité.

TroisièmementLes éléments Ni, dont le prix est élevé, ont également une activité catalytique et une oxydation élevées, ce qui entraîne une décomposition de l'électrolyte, mais aussi la production de gaz de batterie. Afin de résoudre les problèmes susmentionnés, la personnalisation des précurseurs, la personnalisation du processus de frittage, le dopage ionique, la modification du revêtement de surface, le traitement par voie humide et le contrôle de l'environnement de production sont devenus le choix commun des fabricants de matériaux nmc.

Les caractéristiques de performance de la batterie nmc sont principalement la capacité spécifique de masse du matériau, l'énergie spécifique de masse et de volume, la bonne performance du multiplicateur et la performance à basse température, mais en raison de la stabilité de la structure, de la rareté des ressources en nickel et en cobalt, sa bonne performance de circulation, sa performance générale de sécurité, son coût élevé.

Analyse comparative de la batterie et du matériel lfp vs nmc

Densité énergétique

Comparé au lfp et au nmc, le matériau nmc a une capacité spécifique de décharge plus élevée, et la tension moyenne est également plus élevée, de sorte que le rapport de masse de l'énergie de la batterie nmc est généralement plus élevé que celui du lfp. En outre, en raison de la faible densité réelle, des petites particules et du revêtement en carbone, la densité de compactage du pôle du matériau lfp est d'environ 2,3 ~ 2,4 g/cm3, tandis que la densité de compactage du pôle du matériau nmc peut atteindre 3,3~3,5 g / cm3. L'énergie volumique spécifique du matériau nmc et de la batterie est donc beaucoup plus élevée que celle du lfp.

Sécurité

Du point de vue de la sécurité du matériau lfp par rapport au matériau nmc, la structure principale du matériau lfp est po4, et son énergie de liaison est beaucoup plus élevée que l'énergie de liaison M-O du matériau nmc octaèdre MO6. La température de décomposition thermique du matériau lfp entièrement électrique est d'environ 700℃, tandis que la température de décomposition thermique du matériau nmc correspondant est de 200~300℃, le matériau lfp est donc plus sûr. Du point de vue de la batterie lfp vs nmc, la batterie lfp peut passer tous les tests de sécurité, tandis que les tests d'acupuncture et de surcharge de la batterie nmc ne peuvent pas être facilement passés, ce qui doit être amélioré des parties structurelles et de la conception de la batterie.

Performance énergétique

L'énergie d'activation du matériau lfp Li + n'est que de 0,3 à 0,5 e V, ce qui se traduit par un coefficient de diffusion de Li + de l'ordre de 10-15 à 10-12 c m2/s. La conductivité électronique et la diffusivité de l'ion lithium extrêmement faibles entraînent de mauvaises performances en matière d'alimentation des lfp. Le coefficient de diffusion du Li + des matériaux nmc est d'environ 10-12~10-10 c m2/s, et la conductivité électronique est élevée, de sorte que la batterie nmc a une meilleure performance énergétique.

Adéquation de la température

En raison de la faible conductivité électronique et de la conductivité ionique du matériau lfp, les performances à basse température de la batterie lfp sont médiocres. Par rapport à la température normale, le taux de rétention de la capacité de décharge de la batterie lfp-20℃ n'est que d'environ 60%, alors que la batterie nmc du même système peut atteindre plus de 70%.

Coûts et facteurs environnementaux

Les matériaux Nmc contiennent des métaux rares tels que le Ni et le Co, dont le coût est plus élevé que celui des batteries lfp. Avec l'amélioration du niveau technologique des batteries lfp vs nmc et des matériaux, le coût des batteries lfp vs nmc a considérablement diminué, et le prix actuel du marché des batteries nmc est plus élevé que celui des batteries lfp. Parallèlement, par rapport aux éléments Fe et P respectueux de l'environnement, les matériaux nmc et les éléments Co dans l'azote et les piles sont très polluants pour l'environnement. Compte tenu des facteurs susmentionnés, la demande de contrôle environnemental et de recyclage des matériaux nmc et des piles est de plus en plus pressante.

Dans l'ensemble, les batteries lfp vs nmc ont leurs avantages, ce qui détermine également les domaines d'application respectifs des deux matériaux. En ce qui concerne les batteries nickel-cobalt-manganèse, vous souhaiterez peut-être obtenir quelques informations sur les batteries à forte teneur en nickel, telles que la dynamique du secteur et les principaux fabricants du secteur. Les 10 premiers fabricants de piles à haute teneur en nickel sur notre site Web vous fournira des informations complètes sur les fabricants de batteries à haute teneur en nickel afin de vous aider à acquérir une compréhension plus approfondie du domaine.