Типы литий-ионных аккумуляторов по химическому составу

Пользователи привыкли рассматривать литий-ионные аккумуляторы как единую группу, не уточняя их видов. Однако в продаже можно встретить Li—ion аккумуляторные элементы и батареи типов LCO, LTO, LMO, LFP (LiFePo4) NMC, NCA и некоторые другие. Все они различаются по своему внутреннему химическому составу, который влияет на такие характеристики, как:

скорость передвижения,
плотность энергии,
скорость зарядки,
температуры эксплуатации,
срок службы,
безопасность,
стабильность,
стоимость.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Как литий-ионные аккумуляторы повышают эргономику и безопасность промышленного транспорта

Химсоставы литий-ионных аккумуляторов разработаны с учетом различных сфер применения и условий работы. В связи с этим, Li—ion батареи для портативной электроники, например, отличаются от Li—ion батарей для промышленного транспорта. Потребителям важно это понимать.

элементы разных типов li-ion аккумуляторов

Группа литий-кобальтовых аккумуляторов

Аккумуляторы с кобальтом в катодах сегодня наиболее популярные. Благодаря очень высокой плотности энергии, они оптимально подходят для портативной электроники. Кобальт используется в батареях для сотовых телефонов, планшетов, ноутбуков и даже электромобилей. Однако цены на этот металл на мировом рынке высокие, поскольку месторождений мало и 60% из них находятся в Конго, где политическая ситуация нестабильная. Кроме того, кобальт токсичен, а его добыча приносит вред экологии.

Тип аккумулятора	Напряжение	Плотность энергии	Ток зарядки	Макс. темп.	Срок службы	Безопасность
Литий-кобальт-оксидные (LCO)	3,6 В	150-200 Втч/кг	0,7-1С, заряд до 4,20 В	150°С	500-1000 циклов	++
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (NMC)	3,6 В	150-220 Втч/кг	0,7-1С, заряд до 4,20 В	210°С	1000-2000 циклов	+++
Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (NCA)	3,6 В	200-260 Втч/кг	0,7С, заряд до 4,20 В	150°С	500 циклов	++

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Вопросы безопасности тяговых Li-ion аккумуляторов

Аккумуляторы LCO характеризуются высокой плотностью энергии, поэтому лучше всего подходят для смартфонов, ноутбуков, цифровых камер. Из-за короткого срока службы и высокого содержания кобальта их не устанавливают в электрический транспорт.
Аккумуляторы NMC считаются одними из лучших сегодня. Они применяются в электроинструментах, электровелосипедах, электромобилях. Добавление никеля и марганца снизило стоимость, а также повысило безопасность.
Аккумуляторы NCA известны благодаря компаниям Tesla и Panasonic. Они используются в электромобилях, медицинских приборах, промышленном оборудовании. Алюминий помогает стабилизировать химический состав, повышает удельную энергоемкость.

Более безопасные типы литий-ионных батарей

Литий-кобальтовые батареи оказались в центре внимания в 2016 году, когда серия взрывов телефонов Samsung привела к массовому отзыву устройств. Также росло число возгораний мобильных средств передвижения: гироскутеров, электросамокатов. Стоит отметить, что частота взрывов или возгораний из-за производственных дефектов очень низкая. Большинство проблем появляется из-за неправильной эксплуатации, вызывающей разгерметизацию или повреждение элементов питания.

Поскольку литий-кобальтовые батареи в потребительских товарах отличаются высочайшей плотностью энергии, которая заключена в очень маленький корпус, то всегда существует вероятность пожара. По этой причине литий-ионные АКБ для промышленного оборудования обычно содержат другие химические компоненты. Приоритет отдается безопасности и долговечности, а не максимальной энергоемкости.

производство литий-ионных элементов lifepo

Тип аккумулятора	Напряжение	Плотность энергии	Ток зарядки	Макс. темп.	Срок службы	Безопасность
Литий-титанатные (LTO)	2,4 В	50-80 Втч/кг	1С, заряд до 2,85 В	150°С	3000-7000 циклов	++++
Литий-марганцево-оксидные (LMO)	3,7 В	100-150 Втч/кг	0,7-1С, заряд до 4,20 В	250°С	1000-2000 циклов	+++
Литий-железо-фосфатные (LFP, LiFe или LiFePo4)	3,2 В	90-120 Втч/кг	1С, заряд до 3,65 В	270°С	от 2000 циклов	++++

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Срок службы тяговых литиевых батарей, сравнение с гелевыми батареями

Аккумуляторы LTO очень безопасные, отличаются термической стабильностью, прекрасно работают в диапазоне температур от −30 °C до +60 °C. Благодаря длительному сроку службы они используются в электромобилях, наружном освещении на солнечных батареях. Однако это один из самых дорогих типов.
Аккумуляторы LMO отличаются высокой удельной мощностью, безопасностью, долговечностью. Они используются в электроинструментах, медицинских приборах. В электромобилях их комбинируют с NMC элементами. Оксид марганца недорогой, нетоксичный и в изобилии встречается на Земле.
Аккумуляторы LFP. Использование фосфата железа в материале катода улучшает производительность при низком сопротивлении. Такие АКБ характеризуются высоким номинальным током, хорошей стабильностью, долгим сроком службы, устойчивостью к повреждениям. Их выбирают для использования в промышленном транспорте, например, в вилочных погрузчиках.

Перспективы

Литий-ионная технология стала огромным скачком в мобильной энергетике, позволила снизить зависимость от ископаемого топлива. Ключевыми областями совершенствования литий-ионных АКБ в будущем станут совершенствование процессов переработки, открытие новых перспективных химических составов, оптимизация плотности энергии.

Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog. Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и преследуется по закону.

Темы этой статьи:

Тяговые АКБ

Литий-ионные АКБ

Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 02 марта 2024