Porównanie wydajności NCM LFP i LFMP

1. Co to jest fosforan litowo-żelazowo-manganowy?

Fosforan litowo-żelazowo-manganowy jest nowym materiałem katodowym powstałym w wyniku domieszkowania fosforanu litowo-żelazowego pewną ilością pierwiastka manganu. Ponieważ promienie jonowe i niektóre właściwości chemiczne pierwiastków manganu i żelaza są podobne, fosforan litowo-żelazowo-manganowy i fosforan litowo-żelazowy mają podobną strukturę i oba mają strukturę oliwinu. Z punktu widzenia gęstości energii fosforan litowo-żelazowo-manganowy jest lepszy od fosforanu litowo-żelazowego, dlatego jest uważany za „ulepszoną wersję fosforanu litowo-żelazowego”.

Fosforan litowo-żelazowo-manganowy może przełamać wąskie gardło gęstości energii fosforanu litowo-żelazowego. Obecnie maksymalna gęstość energii fosforanu litowo-żelazowego ustabilizowała się na poziomie około 161 ~ 164 Wh/kg. Jako materiał na bazie fosforanów o wyższej gęstości energii, zastosowanie fosforanu litowo-żelazowo-manganowego może pomóc w przełamaniu wąskiego gardła w zakresie gęstości energii związanego z fosforanem litowo-żelazowym, otwierając w ten sposób możliwości industrializacji.

Fosforan litowo-żelazowo-manganowy ma zalety w zakresie gęstości energii, bezpieczeństwa, wydajności w niskich temperaturach i kosztów.

2. Porównanie wydajności NCM, LFP i LFMP

Tabela porównawcza wydajności

Gęstość energii: NCM (wysoka zawartość niklu) > LMFP > LFP

Pierwiastek manganowy ma tę zaletę, że ma wysokie napięcie. Fosforan litowo-żelazowo-manganowy jest domieszkowany manganem na bazie fosforanu litowo-żelazowego w celu zwiększenia platformy napięciowej z 3,4 V do 4,1 V. Wysokie napięcie zapewnia dużą gęstość energii. Gęstość energii LMFP jest o 15% ~ 20% wyższa niż LFP. Gęstość energii LMFP może osiągnąć poziom NCM 523 lub nawet NCM 622, co ma znaczną przewagę nad LFP.

Bezpieczeństwo: LFP ≈ LMFP > NCM

Kryształ LMFP ma sześciokątną, zwartą strukturę. Największą zaletą tej konstrukcji jest jej dobra stabilność. Nawet jeśli podczas ładowania zostaną odłączone wszystkie jony litu, nie będzie problemu zawalenia się konstrukcji. Jednocześnie atomy P w materiale tworzą czworościany PO4 poprzez silne wiązania kowalencyjne PO i atomom O trudno jest uciec ze struktury, dzięki czemu materiał charakteryzuje się bardzo wysokim bezpieczeństwem i stabilnością.

Wydajność w niskich temperaturach: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFP ma współczynnik utrzymania pojemności wynoszący około 67% przy -20 stopniu, podczas gdy LMFP może utrzymać pojemność na poziomie 71%. Po zmieszaniu z materiałami NCM o stosunku masowym 15% stopień retencji może osiągnąć 74%.

Koszt produkcji: NCM > LFP Większy lub równy LMFP

Od strony materialnej świat jest bogaty w zasoby rud manganu, a koszty LMFP i LFP są prawie takie same. Koszt produkcji LMFP jest o około 10% droższy niż LFP, ale gęstość energii LMFP można zwiększyć o 15%. Dzięki późniejszym udoskonaleniom technologii i surowców koszty produkcji będą w przyszłości o co najmniej 10% niższe niż w przypadku LFP.

Porównanie właściwości przewodzących NCM, LFP i LFMP

3. Jakie jest największe wąskie gardło w przypadku fosforanu litowo-żelazowo-manganowego?

Fosforan litowo-żelazowo-manganowy ma wady w zakresie wydajności, wydajności cyklu itp., Co utrudnia postęp industrializacji. Przewodność i szybkość dyfuzji jonów litu są niskie, a wydajność jest stosunkowo słaba.

Struktura krystaliczna: Chociaż sześciokątna, zwarta struktura fosforanu litowo-żelazowo-manganowego jest bezpieczna i stabilna, w materiale nie ma ciągłej sieci oktaedrów o wspólnych krawędziach FeO6 (MnO6), ale jest ona połączona poprzez czworościany PO4. Dlatego nie może tworzyć ciągłej struktury Co-O-Co, takiej jak materiały z tlenku litu i kobaltu. Materiał ma słabą przewodność i słabą wydajność rozładowania wysokoprądowego. Co więcej, wielościany te tworzą połączoną ze sobą trójwymiarową strukturę, ograniczającą ruch jonów litu w kanałach jednowymiarowych.

Właściwości metaliczne: Pierwiastek manganowy ma stosunkowo słabą przewodność. Przerwa energetyczna przejścia elektronów w fosforanie litowo-żelazowo-manganowym wynosi aż 2 eV (przerwa energetyczna przejścia w fosforanie litowo-żelazowym wynosi 0,3 eV), co ma wady w postaci niskiej przewodności i ruchliwości jonów.