Типы литий-ионных аккумуляторов по химическому составу

Пользователи привыкли рассматривать литий-ионные аккумуляторы как единую группу, не уточняя их видов. Однако в продаже можно встретить Liion аккумуляторные элементы и батареи типов LCO, LTO, LMO, LFP (LiFePo4) NMC, NCA и некоторые другие. Все они различаются по своему внутреннему химическому составу, который влияет на такие характеристики, как:

  • напряжение элемента,
  • плотность энергии,
  • скорость зарядки,
  • температуры эксплуатации,
  • срок службы,
  • безопасность,
  • стабильность,
  • стоимость.

Химсоставы литий-ионных аккумуляторов разработаны с учетом различных сфер применения и условий работы. В связи с этим, Liion батареи для портативной электроники, например, отличаются от Liion батарей для промышленного транспорта. Потребителям важно это понимать.

Группа литий-кобальтовых аккумуляторов

Аккумуляторы с кобальтом в катодах сегодня наиболее популярные. Благодаря очень высокой плотности энергии, они оптимально подходят для портативной электроники. Кобальт используется в батареях для сотовых телефонов, планшетов, ноутбуков и даже электромобилей. Однако цены на этот металл на мировом рынке высокие, поскольку месторождений мало и 60% из них находятся в Конго, где политическая ситуация нестабильная. Кроме того, кобальт токсичен, а его добыча приносит вред экологии.

Тип аккумулятора Напряжение Плотность энергии Ток зарядки Макс. темп. Срок службы Безопасность Цена
Литий-кобальт-оксидные (LCO) 3,6 В 150-200 Втч/кг 0,7-1С, заряд до 4,20 В 150°С 500-1000 циклов ++ $$$
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (NMC) 3,6 В 150-220 Втч/кг 0,7-1С, заряд до 4,20 В 210°С 1000-2000 циклов +++ $$
Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (NCA) 3,6 В 200-260 Втч/кг 0,7С, заряд до 4,20 В 150°С 500 циклов ++ $$
  • Аккумуляторы LCO характеризуются высокой плотностью энергии, поэтому лучше всего подходят для смартфонов, ноутбуков, цифровых камер. Из-за короткого срока службы и высокого содержания кобальта их не устанавливают в электрический транспорт.
  • Аккумуляторы NMC считаются одними из лучших сегодня. Они применяются в электроинструментах, электровелосипедах, электромобилях. Добавление никеля и марганца снизило стоимость, а также повысило безопасность.
  • Аккумуляторы NCA известны благодаря компаниям Tesla и Panasonic. Они используются в электромобилях, медицинских приборах, промышленном оборудовании. Алюминий помогает стабилизировать химический состав, повышает удельную энергоемкость.

Более безопасные типы литий-ионных батарей

Литий-кобальтовые батареи оказались в центре внимания в 2016 году, когда серия взрывов телефонов Samsung привела к массовому отзыву устройств. Также росло число возгораний мобильных средств передвижения: гироскутеров, электросамокатов. Стоит отметить, что частота взрывов или возгораний из-за производственных дефектов очень низкая. Большинство проблем появляется из-за неправильной эксплуатации, вызывающей разгерметизацию или повреждение элементов питания.

Поскольку литий-кобальтовые батареи в потребительских товарах отличаются высочайшей плотностью энергии, которая заключена в очень маленький корпус, то всегда существует вероятность пожара. По этой причине литий-ионные АКБ для промышленного оборудования обычно содержат другие химические компоненты. Приоритет отдается безопасности и долговечности, а не максимальной энергоемкости.

Тип аккумулятора Напряжение Плотность энергии Ток зарядки Макс. темп. Срок службы Безопасность Цена
Литий-титанатные (LTO) 2,4 В 50-80 Втч/кг 1С, заряд до 2,85 В 150°С 3000-7000 циклов ++++ $$$
Литий-марганцево-оксидные (LMO) 3,7 В 100-150 Втч/кг 0,7-1С, заряд до 4,20 В 250°С 1000-2000 циклов +++ $
Литий-железо-фосфатные (LFP, LiFe или LiFePo4) 3,2 В 90-120 Втч/кг 1С, заряд до 3,65 В 270°С от 2000 циклов ++++ $
  • Аккумуляторы LTO очень безопасные, отличаются термической стабильностью, прекрасно работают в диапазоне температур от −30 °C до +60 °C. Благодаря длительному сроку службы они используются в электромобилях, наружном освещении на солнечных батареях. Однако это один из самых дорогих типов.
  • Аккумуляторы LMO отличаются высокой удельной мощностью, безопасностью, долговечностью. Они используются в электроинструментах, медицинских приборах. В электромобилях их комбинируют с NMC элементами. Оксид марганца недорогой, нетоксичный и в изобилии встречается на Земле.
  • Аккумуляторы LFP. Использование фосфата железа в материале катода улучшает производительность при низком сопротивлении. Такие АКБ характеризуются высоким номинальным током, хорошей стабильностью, долгим сроком службы, устойчивостью к повреждениям. Их выбирают для использования в промышленном транспорте, например, в вилочных погрузчиках.

Перспективы

Литий-ионная технология стала огромным скачком в мобильной энергетике, позволила снизить зависимость от ископаемого топлива. Ключевыми областями совершенствования литий-ионных АКБ в будущем станут совершенствование процессов переработки, открытие новых перспективных химических составов, оптимизация плотности энергии.