Las baterías ternarias de litio temen al calor y las baterías de fosfato de hierro y litio temen al frío. ¡La razón detrás de esto la decide TA!
Al mismo tiempo, a finales de 2020, mientras la temperatura seguía bajando, muchos propietarios de vehículos eléctricos en el norte comenzaron a quejarse en línea de problemas en el uso del automóvil, como la reducción de la duración de la batería y las lentas velocidades de carga en invierno. Entre ellos, el rendimiento de los vehículos eléctricos con baterías de fosfato de hierro y litio en entornos de baja temperatura ha hecho que muchos propietarios de vehículos eléctricos se sientan miserables.
Se puede ver que las baterías ternarias de litio y las baterías de fosfato de hierro y litio tienen sus propias ventajas y desventajas. Es imposible decir qué batería es mejor y cuál es peor. Entonces, ¿cuál es la razón detrás de esto, que lleva a sus diferentes actuaciones? Tengamos una buena charla hoy.
Entre las baterías eléctricas, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías de litio ternarias son las dos baterías de iones de litio más utilizadas. Su diferencia radica únicamente en la elección de los materiales del cátodo. El material del cátodo de la batería de litio ternaria es níquel cobalto manganeso (NCM) o níquel cobalto aluminio (NCA), y el material del cátodo de la batería de fosfato de hierro y litio es fosfato de hierro y litio. Es precisamente debido a los diferentes materiales del cátodo que tienen destinos diferentes.
No importa qué material se utilice como electrodo positivo, la esencia de la batería sigue siendo una reacción química. Las características de los elementos químicos son innatas y no cambiarán solo porque conviertas la batería en una forma rectangular o rectangular. forma cilíndrica.
Fosfato de hierro y litio estable y fiable.
No importa qué material se utilice como electrodo positivo, la esencia de la batería sigue siendo una reacción química. Las características de los elementos químicos son innatas y no cambiarán solo porque conviertas la batería en una forma rectangular o rectangular. forma cilíndrica. En primer lugar, desde un punto de vista químico, el fosfato de hierro y litio es un sistema cristalino ortorrómbico típico. Cada celda unitaria contiene cuatro unidades, un FeO4 octaédrico y un PO4 tetraédrico con dos aristas octaédricas de LiO6***, y otro PO4 tetraédrico con dos aristas octaédricas de LiO6***. Esta estructura permite que los iones de litio se muevan libremente durante la carga y descarga.
Ventajas:
Al mismo tiempo, el conocimiento de la química de la escuela secundaria nos dice que la energía del enlace de valencia P-O*** en el fosfato de hierro y litio es muy grande, por lo que es muy estable y no es fácil de descomponer. Su estructura no colapsará en condiciones de alta temperatura o sobrecarga. Precisamente porque su estructura es difícil de destruir, el átomo de oxígeno en el otro extremo del enlace de valencia es leal y difícil de oxidar y liberar.
Por lo tanto, el fosfato de hierro y litio tiene buena resistencia a altas temperaturas. Básicamente, cuando la temperatura alcanza unos 500°C, el enlace de valencia de P-O*** no se romperá y liberará oxígeno (después de que la batería de fosfato de hierro y litio esté completamente cargada, la descomposición térmica requiere unos 700°C). Esto explica por qué las baterías de cuchillas basadas en fosfato de hierro y litio no se encienden espontáneamente después de la acupuntura.
En segundo lugar, cuando se desintercalan los iones de litio, los cristales del material de fosfato de hierro y litio no se reorganizan, por lo que tiene buena reversibilidad y reciclabilidad. Esta característica permite que el ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio de tipo energético sea de entre 3.000 y 4.000 veces, y el ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio de tipo tarifario puede llegar incluso a decenas de miles de veces.
Desventajas:
La conductividad del fosfato de hierro y litio es baja porque sus octaedros de FeO6 adyacentes están conectados a través de * * * vértices. Al mismo tiempo, la estructura de olivino de red tridimensional del fosfato de hierro y litio forma un canal de transmisión de iones de litio unidimensional, lo que limita la difusión de iones de litio, por lo que su eficiencia de carga y descarga se ve afectada. La actividad del material disminuye a bajas temperaturas y la cantidad de iones de litio móviles disminuye, por lo que el fosfato de hierro y litio no funciona bien a bajas temperaturas.
Además, en comparación con los materiales ternarios, los materiales de fosfato de hierro y litio tienen una capacidad de descarga específica más baja y un voltaje promedio más bajo, por lo que la energía específica de masa de las baterías de fosfato de hierro y litio es generalmente menor que la de las baterías de litio ternarias. Además, debido a que las partículas de fosfato de hierro y litio no son densas, su densidad de compactación y densidad de compactación son bajas (la densidad compactada de la pieza polar de fosfato de hierro y litio es de aproximadamente 2,3-2,4 g/cm2, mientras que la pieza polar ternaria puede alcanzar 3,3 -2,4 g/cm² 3,5 g/cm²). Entonces, en términos sencillos, en las mismas condiciones de volumen, si se carga menos fosfato de hierro y litio, la capacidad natural será menor y la densidad de energía será menor. Y, de hecho, lo que mejor se sabe en la industria es que la densidad energética del propio fosfato de hierro y litio ha alcanzado su techo y es imposible que siga aumentando significativamente.
Litio ternario de alta densidad pero resistente al calor
El material del electrodo negativo de la batería de litio ternario es níquel-cobalto-manganeso (NCM) o níquel-cobalto-aluminio (NCA). Para la batería ternaria de litio más común, se compone de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso en una determinada proporción. Cada elemento juega un papel importante y las características de cada elemento también restringen el rendimiento de la batería.
NCM tiene una estructura de sal de roca en capas de α-NaFeO2 similar al LiCoO2, y pertenece al sistema cristalino hexagonal y al grupo de puntos espaciales. R3m. Como se puede ver en la Figura 1 a continuación, ¿en la cuadrícula? ¿Li es responsable principalmente de ello? ¿La posición 3a, o está ocupada? Posición 6c, ¿formándose? Estructura octaédrica de MO6, en la que Ni, Co y Mn ocupan la posición 3b en desorden. Todo el cristal puede verse como una pila alternativa de capas octaédricas de [MO6] y capas octaédricas de [LiO6], lo cual es muy adecuado para la inserción y extracción de iones de litio.
¿Ni2 (0,069?nm)? ¿Qué usar? Con un radio cercano al Li (0,076 nm), el Ni2 puede entrar fácilmente en la oblea intersticial y ocuparla. ciruela ? ¿Posición 3a y Li entra en la oblea maestra para ocuparla? 3b, se produce una mezcla de cationes (como se muestra en la Figura 2 a continuación), lo que da como resultado los parámetros de la batería. a aumenta. ¿Estás en línea? ¿Li Lou? ¿El radio de Ni2 es menor que? Li, ¿reducirá el grosor de la oblea oxidada? ¿Ni3 todavía? ¿Ni4, provocando el colapso local del espacio entre chips y aumentando el proceso de descarga? La implantación de iones de litio es difícil, lo que reduce la capacidad reversible del material.
¿Y luego qué? Cuando Li ingresa a la capa de metal de transición, el espesor de la oblea principal aumentará, lo que dificultará su desintercalación y empeorará las propiedades electroquímicas del material. Por lo tanto, cuanto menor sea el espesor de la capa espaciadora, más difícil será para el Li reintercalarse. ¿Está disponible el grado de mezcla de iones? ¿California? ¿Valor total? I(003)/I(104) describe que cuando C/A >;4,9 y I(003)/I(104)> en 1,2, el grado de mezcla es bajo.
En general, el cobalto (Co) puede facilitar la desintercalación de los iones de litio, mejorar la conductividad del material y mejorar el rendimiento del ciclo de descarga, pero un contenido demasiado alto de Co generará costos más altos y un rendimiento de bajo costo. . El níquel (Ni) puede aumentar la capacidad reversible del material, pero si su contenido es demasiado alto, el rendimiento del ciclo del material empeorará. El manganeso (Mn) puede mejorar la seguridad y estabilidad de los materiales, pero un contenido excesivo reducirá la capacidad en gramos del material.
Ventajas:
Con el fuerte soporte estructural del manganeso (la estructura del material ternario no es fácil de colapsar) y la mejora de la energía del material del cátodo por el níquel, el El material ternario es más potente que el mismo volumen de fosfato ferroso. El litio contiene más electricidad.
Además, otra ventaja destacada de los materiales ternarios es su rendimiento a bajas temperaturas. Hablando objetivamente, es el bajo rendimiento del fosfato de hierro y litio lo que destaca el rendimiento a baja temperatura de los materiales ternarios. Debido a que la polaridad del fosfato de hierro y litio PO4 es demasiado fuerte, la cantidad de unión de Li es grande y el coeficiente de difusión es bajo. Los materiales ternarios no tienen este problema y la carga y descarga a bajas temperaturas se ven menos afectadas.
Desventajas:
Por supuesto, los materiales ternarios también tienen sus propias desventajas. Los tres elementos en sí no son resistentes a las altas temperaturas y, en casos extremos, liberarán moléculas de oxígeno. Al mismo tiempo, su ciclo de vida también es diferente al del fosfato de hierro y litio, lo que indica que los materiales ternarios no lo incluyen todo. De hecho, la estabilidad térmica es un punto débil para los materiales ternarios. La estructura elemental hace que sea menos probable que se unan al oxígeno. Esto requiere especial atención a esta debilidad en el diseño de la batería, al igual que el parachoques de un vehículo.
Oye, resumen eléctrico:
El factor de "reducción de subsidios" ha obligado a las empresas de vehículos de nueva energía a reducir costos y ganancias, y también ha vuelto a poner a la vista de todos las baterías de fosfato de hierro y litio. . El uso de baterías de fosfato de hierro y litio no supone una regresión tecnológica, porque su relación con las baterías ternarias de litio es como la de los motores autocebantes y de turbina. No hay diferencia entre los dos, solo los escenarios de aplicación son diferentes.
En el futuro, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de litio marcarán un hito en función del posicionamiento de los modelos de vehículos. Para equilibrar la autonomía y el precio de venta, el fosfato de hierro y litio revivirá y se recuperará gradualmente en productos de gama baja. Por el contrario, los productos de alta gama deben considerar más escenarios de uso y rendimiento, y las baterías de litio ternarias también serán la tecnología de baterías de energía principal.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.