Порівняння продуктивності NCM LFP і LFMP

1. Що таке фосфат літію, заліза, марганцю?

Літій-залізо-марганцевий фосфат — це новий катодний матеріал, утворений шляхом додавання до літію-заліза фосфату певної кількості елемента марганцю. Оскільки іонні радіуси та деякі хімічні властивості елементів марганцю та заліза подібні, літій-залізо-марганцевий фосфат і літій-залізо-фосфат подібні за структурою, і обидва мають структуру олівіну. З точки зору щільності енергії літій-залізо-марганцевий фосфат перевершує літій-залізофосфат, тому його вважають «оновленою версією літій-залізофосфату».

Літій-залізо-марганцевий фосфат може прорватися через вузьке місце щільності енергії літій-залізофосфату. В даний час максимальна щільність енергії літій-залізофосфату стабілізувалася на рівні близько 161~164 Вт-год/кг. Будучи матеріалом на основі фосфату з високою щільністю енергії, застосування літій-залізо-марганцевого фосфату може допомогти прорватися через вузьке місце щільності енергії літій-залізофосфату, таким чином відкриваючи можливості індустріалізації.

Літій-залізо-марганцевий фосфат має переваги в енергетичній щільності, безпеці, низькотемпературній продуктивності та вартості.

2. Порівняння продуктивності NCM, LFP і LFMP

Таблиця порівняння продуктивності

Щільність енергії: NCM (з високим вмістом нікелю) > LMFP > LFP

Марганцевий елемент має перевагу високої напруги. Літій-залізо-марганцевий фосфат легований марганцем на основі літій-залізо-фосфату для збільшення платформи напруги з 3,4 В до 4,1 В. Висока напруга забезпечує високу щільність енергії. Щільність енергії LMFP на 15%~20% вища, ніж у LFP. Щільність енергії LMFP може досягати рівня NCM 523 або навіть NCM 622, що має значні переваги перед LFP.

Безпека: LFP ≈ LMFP > NCM

Кристал LMFP має гексагональну структуру щільної упаковки. Найбільшою перевагою цієї конструкції є її хороша стійкість. Навіть якщо всі іони літію від'єднаються під час заряджання, проблем з руйнуванням конструкції не виникне. У той же час атоми P у матеріалі утворюють тетраедри PO4 через міцні ковалентні зв’язки PO, і атомам O важко вийти зі структури, тому матеріал має дуже високу безпеку та стабільність.

Низькотемпературні характеристики: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFP має коефіцієнт збереження ємності близько 67% при -20 градусі, тоді як LMFP може підтримувати ємність на рівні 71%. При змішуванні з матеріалами NCM з масовим співвідношенням 15% коефіцієнт утримування може досягати 74%.

Вартість виробництва: NCM > LFP Більше або дорівнює LMFP

З матеріальної сторони світ багатий запасами марганцевої руди, а вартість LMFP і LFP майже однакова. Вартість виробництва LMFP приблизно на 10% дорожча, ніж LFP, але щільність енергії LMFP можна збільшити на 15%. Завдяки подальшій модернізації технології та сировини вартість виробництва буде принаймні на 10% нижчою, ніж LFP у майбутньому.

Порівняння провідних властивостей NCM, LFP і LFMP

3. Яке найбільше вузьке місце фосфату літію, заліза, марганцю?

Фосфат літію, заліза, марганцю має дефекти швидкості, продуктивності циклу тощо, що перешкоджає просуванню індустріалізації. Провідність і швидкість дифузії іонів літію низькі, а показники швидкості відносно низькі.

Кристалічна структура. Незважаючи на те, що гексагональна щільно упакована структура фосфату літію, заліза, марганцю є безпечною та стабільною, у матеріалі немає безперервної мережі FeO6 (MnO6) із спільними краями октаедра, а з’єднані через тетраедри PO4. Тому він не може утворювати безперервну структуру Co-O-Co, як матеріали з оксиду літію і кобальту. Матеріал має низьку провідність і погані характеристики розряду при сильному струмі. Крім того, ці багатогранники утворюють взаємопов'язану тривимірну структуру, обмежуючи рух іонів літію в одновимірних каналах.

Металеві властивості: елемент марганець має відносно слабку провідність. Енергетична щілина переходу електронів у літій-залізо-марганцевофосфаті досягає 2 еВ (енергетична щілина переходу літій-залізофосфату становить 0,3 еВ), що має такі недоліки, як низька провідність і рухливість іонів.