Литиевые батареи могут состоять из различных активных материалов. Эти материалы значительно влияют на энергоемкость, безопасность, производительность, долговечность аккумуляторных элементов, а также на область применения. В 2022 году самыми популярными остаются четыре типа промышленных литий-ионных батарей: LFP, LCO, LMO, NMC.
Давайте рассмотрим их основные характеристики, назначение, преимущества и недостатки.
1. LFP
В аккумуляторах LFP катодным материалом служит литий-железо-фосфат, а анодным материалом – графит. Четыре последовательно соединенных элемента дают напряжение 12,8 В, поэтому аккумуляторные батареи LFP хорошо подходят для замены свинцовых АКБ. Их устанавливают в электрические транспортные средства, промышленное оборудование, вилочные электропогрузчики.
Плюсы:
- Термическая стабильность. Тепловой разгон начинается при температурах выше 270°С, что делает батареи LFP относительно безопасными даже в состоянии полного заряда.
- Долговечность. Срок службы обычно составляет более 2000 циклов, при этом глубина разряда влияет на него незначительно.
- Глубина разрядки. Большинство производителей LFP допускают разряд на 80-90%, а некоторые производители даже на 100% без повреждения элементов. Это дает возможность максимально использовать емкость аккумулятора.
Минусы:
- меньшая удельная энергоемкость в сравнении с другими литий-ионными батареями – в среднем 120 Вт·ч/кг;
- снижение производительности при низких температурах.
2. LCO
Литий-кобальт-оксидные батареи распространены в портативной электронике: ноутбуках, планшетах, смартфонах. У них высокая удельная энергоемкость, однако удельная мощность низкая. Аккумуляторы LCO способны длительно выдавать энергию, но не слишком подходят для значительных нагрузок.
Плюсы:
- удельная энергоемкость до 200 Вт·ч/кг, что позволяет длительно питать электрические устройства в условиях низкой нагрузки.
Минусы:
- довольно недолгий срок службы – от 500 до 1000 циклов;
- дороговизна из-за содержания кобальта;
- низкая термическая стабильность иногда вызывает проблемы с безопасностью.
3. LMO
Оксид-марганца-лития – химический состав с трехмерной структурой, которая ускоряет ввод и вывод ионов. Аккумуляторы LMO отличаются низким сопротивлением, высокой удельной мощностью, термостойкостью. Они используются в электроинструментах, медицинском оборудовании, некоторых гибридных и электрических автомобилях.
Плюсы:
- быстрая зарядка большим током;
- способность питать мощное оборудование;
- устойчивость к нагреву, тепловой разгон начинается при температуре около 210°С.
Минусы:
- короткий срок службы – около 300-700 циклов.
4. NMC
Аккумуляторы NMC сочетают преимущества трех активных катодных материалов: никеля, марганца и кобальта. Такой химсостав дает хороший баланс между плотностью энергии и стабильным поведением. Литий-ионные батареи этого типа применяются в электроинструментах, некоторых электромобилях, электросамокатах и прочих средствах персональной мобильности.
Плюсы:
- плотность энергии 150-250 Вт·ч/кг, в некоторых моделях – до 350 Вт·ч/кг;
- длительный жизненный цикл – более 1000 циклов;
- стоимость ниже, чем у LCO.
Минусы:
- стоимость и безопасность ниже, чем у LFP.