ما هو الفرق بين LFP والبطارية الثلاثية؟-xmacey.com

مدونة

التصنيفات

مدونة

مدونة جديدة

العلامات

ما هو الفرق بين LFP والبطارية الثلاثية؟

October 15 , 2024

ما هو الفرق بين LFP والبطارية الثلاثية؟

مع التطور السريع لسوق الطاقة الجديدة، أصبحت بطاريات الليثيوم، باعتبارها مصدر الطاقة الأساسي، متنوعة بشكل متزايد في الأنواع. من بينها، تعد فوسفات حديد الليثيوم والليثيوم الثلاثي حاليًا البطاريتين الأكثر انتشارًا على نطاق واسع في سوق البطاريات. وفيما يلي، سنركز على التعريف بهذين النوعين من البطاريات وفهم الاختلافات بينهما.

مواد وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم

الكاثود مادة بطاريات فوسفات حديد الليثيوم هو فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4)، الذي يحتوي على هيكل من نوع الزبرجد الزيتوني. هذه المواد غير مكلفة وصديقة للبيئة وغير سامة وآمنة للغاية. ومع ذلك، فإن موصليتها الإلكترونية المنخفضة نسبيًا يمكن أن تؤثر على أداء الشحن والتفريغ للبطارية. تتضمن عملية الشحن والتفريغ لمواد LiFePO4 بشكل أساسي الانتقال بين مرحلتي LiFePO4 وFePO4، مع معدل تغير صغير في الحجم، مما يجعل المادة مستقرة للغاية. ولذلك فإن سلامة واستقرار مواد وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أمر لا شك فيه.

Model diagram of lithium iron phosphate material

الشكل 1-مخطط نموذجي لمادة فوسفات حديد الليثيوم

تتميز بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بشكل أساسي بالخصائص التالية:

(1) أداء دورة بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد ممتاز، ويمكن أن يصل عمر دورة بطاريات الطاقة إلى 3000 إلى 4000 مرة، ويمكن أن تصل دورات بطاريات المعدل إلى عشرات الآلاف من المرات؛
(2) تتمتع بطارية ليثيوم فوسفات الحديد بأداء أمان ممتاز، ويمكنها الحفاظ على هيكل مستقر نسبيًا حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعل بطارية ليثيوم فوسفات الحديد آمنة وموثوقة، وحتى عندما تتشوه البطارية وتتلف، لن يكون هناك دخان ، حريق، الخ. حادث.

من ناحية أخرى، فإن موارد المواد الخام لفوسفات حديد الليثيوم وفيرة نسبيًا، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة المواد والبطاريات. وفي الوقت نفسه، ولأن عناصر الحديد والفوسفور صديقة للبيئة، فإن مواد وبطاريات فوسفات حديد الليثيوم لا تلوث البيئة. ومع ذلك، فإن الخصائص الهيكلية لمادة LiFePO4 تحدد أن المادة لديها موصلية أيونية وإلكترونية منخفضة، ومع انخفاض درجة الحرارة، تزداد مقاومة نقل الإلكترون ومقاومة نقل الشحنة بسرعة، مما يؤدي إلى ضعف أداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة.

المواد والبطاريات الثلاثية

تشير بطارية الليثيوم أيون الثلاثية (NCM) إلى بطارية ليثيوم أيون تستخدم ثلاثة أكاسيد فلزية انتقالية من النيكل والكوبالت والمنغنيز كمواد قطبية موجبة. نظرًا لأنه يجمع بين مزايا أكسيد كوبالت الليثيوم وأكسيد نيكل الليثيوم وأكسيد منغنيز الليثيوم، فإن أداءه أفضل من أي مادة قطب كهربائي موجب مكون واحد أعلاه. يوضح التحليل التجريبي أن ثلاثة عناصر ذات تكافؤات مختلفة تشكل بنية شبكية فائقة، وهناك تأثير تآزري واضح بين المكونات الثلاثة، مما يجعل المادة أكثر استقرارًا، ومنصة التفريغ تصل إلى 3.7 فولت/3.8 فولت، لذلك يعتبر لتكون واحدة من مواد القطب الموجب الواعدة. تتمتع البطاريات الثلاثية بخصائص كهروكيميائية ممتازة مثل كثافة الطاقة العالية، والسلامة والاستقرار الجيدين، ودعم التفريغ عالي السرعة، ومزايا التكلفة المعتدلة. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في مجالات بطاريات الليثيوم أيون الصغيرة والمتوسطة الحجم مثل المنتجات الإلكترونية الرقمية الاستهلاكية، والمعدات الصناعية، والأدوات الطبية، وأظهرت إمكانات تطوير قوية في مجالات بطاريات الليثيوم أيون الطاقة مثل الروبوتات الذكية، والخدمات اللوجستية AGV. المركبات والطائرات بدون طيار ومركبات الطاقة الجديدة.

ينقسم الليثيوم الثلاثي بشكل أساسي إلى هذه الأنواع وفقًا لنسبة العناصر في مادة القطب الموجب: NCM111، NCM622، NCM811، NCM523، إلخ.

الشكل 2-مخطط الطور للنظام الثلاثي بين LNO وLCO وLMO

تحليل مقارن لمادتين وبطاريات

كثافة الطاقة

بالمقارنة مع مواد فوسفات حديد الليثيوم، تتمتع المواد الثلاثية بقدرة تفريغ محددة أعلى ومتوسط جهد أعلى، وبالتالي فإن الطاقة النوعية للكتلة للبطاريات الثلاثية أعلى عمومًا من طاقة فوسفات حديد الليثيوم. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للكثافة الحقيقية المنخفضة وحجم الجسيمات الصغير والطلاء الكربوني لمادة فوسفات حديد الليثيوم، تبلغ الكثافة المضغوطة لقطعة القطب حوالي 2.3-2.4 جم / سم 3، بينما يمكن أن تصل الكثافة المضغوطة لقطعة القطب الثلاثي 3.3 ~ 3.5 جم/سم3، وبالتالي فإن الطاقة النوعية للحجم للمواد الثلاثية والبطاريات أعلى بكثير أيضًا من طاقة فوسفات حديد الليثيوم.

الأمن

من وجهة نظر السلامة، فإن الهيكل الرئيسي لمادة فوسفات الحديد الليثيوم هو PO4، وطاقة الرابطة الخاصة بها أعلى بكثير من طاقة الرابطة M-O للمادة الثلاثية MO6 المجسم الثماني. تبلغ درجة حرارة التحلل الحراري لمادة فوسفات حديد الليثيوم المشحونة بالكامل حوالي 700 درجة مئوية. درجة حرارة التحلل الحراري للمادة الثلاثية المقابلة هي 200-300 درجة مئوية، وبالتالي فإن مادة فوسفات حديد الليثيوم أكثر أمانًا. من منظور البطارية، يمكن لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم اجتياز جميع اختبارات السلامة، في حين لا يمكن للبطاريات الثلاثية اجتياز اختبارات مثل الوخز بالإبر والشحن الزائد بسهولة، وتحتاج إلى تحسين من الأجزاء الهيكلية وتصميم البطارية.

أداء الطاقة

تبلغ طاقة التنشيط لـ Li+ لمادة فوسفات الحديد الليثيوم 0.3-0.5 فولت فقط، مما يؤدي إلى معامل انتشار Li+ في حدود 10-15-10-12 سم2/ثانية. تؤدي الموصلية الإلكترونية المنخفضة للغاية ومعامل انتشار أيونات الليثيوم إلى ضعف أداء طاقة LFP. يبلغ معامل انتشار Li+ للمادة الثلاثية حوالي 10-12 ~ 10-10 سم 2/ثانية، والموصلية الإلكترونية عالية، وبالتالي فإن البطارية الثلاثية تتمتع بأداء طاقة أفضل.

ملاءمة درجة الحرارة

نظرًا لانخفاض الموصلية الإلكترونية والتوصيل الأيوني لمادة فوسفات الحديد الليثيوم، فإن أداء درجة الحرارة المنخفضة لبطارية فوسفات الحديد الليثيوم ضعيف. بالمقارنة مع درجة الحرارة العادية، فإن معدل الاحتفاظ بقدرة تفريغ بطارية ليثيوم فوسفات الحديد عند -20 درجة مئوية يبلغ حوالي 60% فقط، بينما يمكن أن تصل البطارية الثلاثية لنفس النظام إلى أكثر من 70%.

التكلفة والعوامل البيئية

تحتوي المواد الثلاثية على معادن نادرة مثل Ni وCo، وتكلفتها أعلى من تكلفة فوسفات حديد الليثيوم. مع تحسين المواد وتكنولوجيا البطاريات، انخفضت تكلفة البطاريات الثلاثية وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بشكل ملحوظ. في الوقت الحاضر، سعر السوق للبطاريات الثلاثية أعلى من بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. وفي الوقت نفسه، بالمقارنة مع عناصر Fe وP الصديقة للبيئة، فإن عناصر Ni وCo الموجودة في المواد الثلاثية والبطاريات أكثر تلويثًا للبيئة. إلى جانب العوامل المذكورة أعلاه، أصبح الطلب على التحكم البيئي وإعادة تدوير نفايات المواد الثلاثية والبطاريات أكثر إلحاحًا.

Acey New Energy باعتبارها مؤسسة ذات تقنية عالية، متخصصة في البحث وتصنيع المعدات المتطورة لبطاريات الليثيوم أيون. يغطي عملنا مواد بطارية ليثيوم أيون وآلة تصنيع على نطاق المختبر وخط تجميع حزمة البطارية ومعدات إنتاج المكثفات الفائقة. لا يمكننا فقط توفير معدات الإنتاج للخلايا الأسطوانية، والخلايا المعدنية، وبطاريات الليثيوم أيون للخلايا الحقيبة، ولكن أيضًا توفير حلول متكاملة لخط إنتاج خلايا وحزم بطارية الليثيوم. إذا كانت لديك أي أسئلة حول خلايا بطارية الليثيوم أو إنتاج العبوات، يمكننا أن نقدم لك الدعم الفني والتوجيه المهني، فلا تتردد في الاتصال بنا!

العلامات :

مدونة

واحدة من المعدات العشرة الرئيسية لبطاريات الليثيوم: معدات اللب