1. Apakah litium besi mangan fosfat?
Litium besi mangan fosfat adalah bahan katod baru yang dibentuk dengan doping fosfat besi litium dengan sejumlah unsur mangan. Oleh kerana jejari ionik dan beberapa sifat kimia unsur mangan dan besi adalah serupa, fosfat mangan besi litium dan fosfat besi litium adalah serupa dalam struktur, dan kedua-duanya mempunyai struktur olivin. Dari perspektif ketumpatan tenaga, litium besi mangan fosfat adalah lebih tinggi daripada litium besi fosfat, jadi ia dianggap sebagai "versi peningkatan litium besi fosfat".
Litium besi mangan fosfat boleh menembusi kesesakan kepadatan tenaga fosfat besi litium. Pada masa ini, ketumpatan tenaga maksimum fosfat besi litium telah stabil pada sekitar 161~164Wh/kg. Sebagai bahan berasaskan fosfat dengan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, penggunaan fosfat mangan besi litium boleh membantu menembusi kesesakan ketumpatan tenaga litium besi fosfat, sekali gus membuka peluang perindustrian.
Litium besi mangan fosfat mempunyai kelebihan dalam ketumpatan tenaga, keselamatan, prestasi suhu rendah dan kos.
2. Perbandingan prestasi NCM, LFP dan LFMP
|
item |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Formula kimia |
Li(NixCoyMnz)O2 |
LiFePO4 |
LiMn(1-x)FexPO4 |
|
Struktur kristal |
Struktur berlapis |
Peridot |
Peridot |
|
Kapasiti khusus(mAh/g) |
150-220 |
130-140 |
130-140 |
|
Julat voltan |
3.4-3.8 |
3.4 |
4.1 |
|
Ketumpatan Tenaga(Wj/kg) |
180-300 |
100-200 |
Lebih tinggi daripada LFP |
|
Kitaran hayat (masa) |
800-2000 |
2000-6000 |
2000-3000 |
|
Prestasi suhu rendah |
Baik |
teruk |
Lebih baik daripada LFP |
|
Prestasi suhu tinggi |
Secara amnya |
Baik |
Lebih baik daripada NCM |
|
keselamatan |
Secara amnya |
Baik |
Baik |
|
Kos bahan |
Kos yang tinggi |
Kos rendah |
Kos rendah |
Jadual perbandingan prestasi
Ketumpatan tenaga: NCM (nikel tinggi) > LMFP > LFP
Unsur mangan mempunyai kelebihan voltan tinggi. Litium besi mangan fosfat didopkan dengan mangan berdasarkan fosfat besi litium untuk meningkatkan platform voltan daripada 3.4V kepada 4.1V. Voltan tinggi membawa kepadatan tenaga yang tinggi. Ketumpatan tenaga LMFP adalah 15%~20% lebih tinggi daripada LFP. Ketumpatan tenaga LMFP boleh mencapai tahap NCM 523 atau bahkan NCM 622, yang mempunyai kelebihan ketara berbanding LFP.
Keselamatan: LFP ≈ LMFP > NCM
Kristal LMFP mempunyai struktur padat heksagonal. Kelebihan terbesar struktur ini ialah kestabilannya yang baik. Walaupun semua ion litium tertanggal semasa pengecasan, tidak akan ada masalah keruntuhan struktur. Pada masa yang sama, atom P dalam bahan membentuk tetrahedron PO4 melalui ikatan kovalen PO yang kuat, dan sukar bagi atom O untuk melepaskan diri daripada struktur, jadi bahan itu mempunyai keselamatan dan kestabilan yang sangat tinggi.
Prestasi suhu rendah: NCM > LMFP > LFP
Nano-LFP mempunyai kadar pengekalan kapasiti kira-kira 67% pada -20 darjah, manakala LMFP boleh mengekalkan kapasiti 71%. Apabila dicampur dengan bahan NCM dengan nisbah jisim 15%, kadar pengekalan boleh mencapai 74%.
Kos pengeluaran: NCM > LFP Lebih besar daripada atau sama dengan LMFP
Dari segi material, dunia kaya dengan rizab bijih mangan, dan kos LMFP dan LFP hampir sama. Kos pembuatan LMFP adalah kira-kira 10% lebih mahal daripada LFP, tetapi ketumpatan tenaga LMFP boleh ditingkatkan sebanyak 15%. Melalui peningkatan teknologi dan bahan mentah seterusnya, kos pembuatan akan menjadi sekurang-kurangnya 10% lebih rendah daripada LFP pada masa hadapan.
|
Parameter prestasi |
NCM |
LFP |
LMFP |
|
Kadar resapan ion litium(cm2/S) |
10-9 |
10-14 |
10-15 |
|
Kekonduksian (S/cm) |
10-3 |
10-9 |
10-13 |
Perbandingan sifat konduktif NCM, LFP dan LFMP
3. Apakah kesesakan terbesar litium besi mangan fosfat?
Litium besi mangan fosfat mempunyai kecacatan dalam prestasi kadar, prestasi kitaran, dsb., yang menghalang kemajuan perindustrian. Kekonduksian dan kadar penyebaran ion litium adalah rendah, dan prestasi kadarnya agak lemah.
Struktur kristal: Walaupun struktur rapat heksagon litium besi mangan fosfat adalah selamat dan stabil, tiada rangkaian oktahedron tepi kongsi FeO6 (MnO6) berterusan dalam bahan, tetapi disambungkan melalui tetrahedron PO4. Oleh itu, ia tidak boleh membentuk struktur Co-O-Co berterusan seperti bahan litium kobalt oksida. Bahan ini mempunyai kekonduksian yang lemah dan prestasi nyahcas arus tinggi yang lemah. Selain itu, polihedron ini membentuk struktur tiga dimensi yang saling berkaitan, menyekat pergerakan ion litium dalam saluran satu dimensi.
Sifat logam: Unsur mangan mempunyai kekonduksian yang agak lemah. Jurang tenaga peralihan elektron dalam fosfat mangan besi litium adalah setinggi 2eV (jurang tenaga peralihan bagi fosfat besi litium ialah 0.3eV), yang mempunyai kelemahan kekonduksian rendah dan mobiliti ion.
