1. لیتیوم آهن فسفات منگنز چیست؟
فسفات لیتیوم آهن منگنز یک ماده کاتدی جدید است که از دوپینگ فسفات آهن لیتیوم با مقدار معینی عنصر منگنز تشکیل شده است. از آنجایی که شعاع یونی و برخی خواص شیمیایی عناصر منگنز و آهن مشابه است، فسفات آهن لیتیوم منگنز و فسفات آهن لیتیوم از نظر ساختار مشابه هستند و هر دو دارای ساختار الیوین هستند. از منظر چگالی انرژی، فسفات لیتیوم آهن منگنز نسبت به فسفات آهن لیتیوم برتری دارد، بنابراین به عنوان "نسخه ارتقا یافته فسفات آهن لیتیوم" در نظر گرفته می شود.
فسفات لیتیوم آهن منگنز می تواند از گلوگاه چگالی انرژی لیتیوم فسفات آهن عبور کند. در حال حاضر، حداکثر چگالی انرژی فسفات آهن لیتیوم در حدود 161 تا 164 وات ساعت بر کیلوگرم تثبیت شده است. به عنوان یک ماده مبتنی بر فسفات با چگالی انرژی بالاتر، استفاده از فسفات آهن لیتیوم منگنز میتواند به شکستن گلوگاه چگالی انرژی فسفات آهن لیتیوم کمک کند، بنابراین فرصتهای صنعتیسازی را فراهم میکند.
فسفات لیتیوم آهن منگنز دارای مزایایی در چگالی انرژی، ایمنی، عملکرد دمای پایین و هزینه است.
2. مقایسه عملکرد NCM، LFP و LFMP
|
مورد |
ان سی ام |
LFP |
LMFP |
|
فرمول شیمیایی |
لی (نیxشرکتyمنگنزz)O2 |
LiFePO4 (لیفاپو۴) |
لیمن(1-x)آهنxPO4 ( PO4 ) |
|
ساختار کریستالی |
ساختار لایه ای |
پریدوت |
پریدوت |
|
ظرفیت ویژه (mAh/g) |
150-220 |
130-140 |
130-140 |
|
محدوده ولتاژ |
3.4-3.8 |
3.4 |
4.1 |
|
چگالی انرژی (Wh/kg) |
180-300 |
100-200 |
بالاتر از LFP |
|
عمر چرخه (زمان) |
800-2000 |
2000-6000 |
2000-3000 |
|
عملکرد دمای پایین |
خوب |
بد |
بهتر از LFP |
|
عملکرد دمای بالا |
بطور کلی |
خوب |
بهتر از NCM |
|
ایمنی |
بطور کلی |
خوب |
خوب |
|
هزینه های مواد |
هزینه بالا |
کم هزینه |
کم هزینه |
جدول مقایسه عملکرد
چگالی انرژی: NCM (نیکل بالا) > LMFP > LFP
عنصر منگنز دارای مزیت ولتاژ بالا است. فسفات منگنز لیتیوم آهن با منگنز بر اساس فسفات آهن لیتیوم دوپ می شود تا پلت فرم ولتاژ را از 3.4 ولت به 4.1 ولت افزایش دهد. ولتاژ بالا چگالی انرژی بالایی به ارمغان می آورد. چگالی انرژی LMFP 15٪ تا 20٪ بیشتر از LFP است. چگالی انرژی LMFP می تواند به سطح NCM 523 یا حتی NCM 622 برسد که مزایای قابل توجهی نسبت به LFP دارد.
امنیت: LFP ≈ LMFP > NCM
کریستال LMFP دارای ساختار بسته بندی شده شش ضلعی است. بزرگترین مزیت این سازه پایداری خوب آن است. حتی اگر تمام یون های لیتیوم در حین شارژ جدا شوند، مشکلی از فروپاشی ساختاری وجود نخواهد داشت. در عین حال، اتمهای P موجود در ماده، از طریق پیوندهای کووالانسی قوی PO، چهار وجهی PO4 را تشکیل میدهند و فرار اتمهای O از ساختار دشوار است، بنابراین این ماده از ایمنی و پایداری بسیار بالایی برخوردار است.
عملکرد دمای پایین: NCM > LMFP > LFP
Nano-LFP دارای نرخ نگهداری ظرفیت حدود 67٪ در -20 درجه است، در حالی که LMFP می تواند ظرفیت 71٪ را حفظ کند. هنگامی که با مواد NCM با نسبت جرمی 15٪ مخلوط می شود، میزان ماندگاری می تواند به 74٪ برسد.
هزینه تولید: NCM > LFP بزرگتر یا مساوی LMFP
از نظر مادی، جهان سرشار از ذخایر سنگ منگنز است و هزینه های LMFP و LFP تقریباً یکسان است. هزینه ساخت LMFP حدود 10٪ گرانتر از LFP است، اما چگالی انرژی LMFP را می توان تا 15٪ افزایش داد. از طریق ارتقاء فناوری و مواد خام بعدی، هزینه ساخت حداقل 10٪ کمتر از LFP در آینده خواهد بود.
|
پارامترهای عملکرد |
ان سی ام |
ال پی پی |
LMFP ( LMFP ) |
|
سرعت انتشار یون لیتیوم (cm2/S) |
10-9 |
10-14 |
10-15 |
|
رسانایی (S/cm) |
10-3 |
10-9 |
10-13 |
مقایسه خواص رسانایی NCM، LFP و LFMP
3. بزرگترین گلوگاه فسفات لیتیوم آهن منگنز چیست؟
فسفات آهن لیتیوم منگنز دارای نقص هایی در عملکرد سرعت، عملکرد چرخه و غیره است که مانع از پیشرفت صنعتی شدن می شود. رسانایی و سرعت انتشار یون لیتیوم کم است و عملکرد سرعت نسبتاً ضعیف است.
ساختار کریستالی: اگرچه ساختار بسته بندی نزدیک شش ضلعی فسفات لیتیوم آهن منگنز ایمن و پایدار است، هیچ شبکه هشت وجهی لبه مشترک FeO6 (MnO6) پیوسته در ماده وجود ندارد، اما از طریق چهار وجهی PO4 به هم متصل است. بنابراین، نمی تواند یک ساختار پیوسته Co-O-Co مانند مواد اکسید کبالت لیتیوم ایجاد کند. این ماده دارای رسانایی ضعیف و عملکرد ضعیف تخلیه با جریان بالا است. علاوه بر این، این چند وجهی ها یک ساختار سه بعدی به هم پیوسته را تشکیل می دهند که حرکت یون های لیتیوم را در کانال های یک بعدی محدود می کند.
خواص فلزی: عنصر منگنز رسانایی نسبتاً ضعیفی دارد. شکاف انرژی انتقالی الکترون ها در فسفات منگنز لیتیوم آهن به اندازه 2eV است (فاصله انرژی انتقالی فسفات آهن لیتیوم 0.3eV است)، که دارای معایب هدایت کم و تحرک یون است.
