Acquy lithium có bao nhiêu loại ? so sánh sự khác nhau giữa các loại acquy lithium

Lithium-ion tên cho các vật liệu hoạt động chính của acquy nên thường được gọi là acquy lithium. Có nhiều loại acquy lithium khác nhau. www.dailyacquy.com xin giới thiệu 6 loại acquy lithium thông dụng nhất để quý khách tham khảo và chọn loại phù hợp nhất cho các ứng dụng của mình nhé

Liti Coban Oxit(LiCoO ₂ ) — LCO

Năng lượng riêng cao của nó làm cho Li-coban trở thành lựa chọn phổ biến cho điện thoại di động, máy tính xách tay và máy ảnh kỹ thuật số. Pin bao gồm cực âm oxit coban và cực dương carbon than chì. Cực âm có cấu trúc phân lớp và trong quá trình phóng điện, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm. Dòng chảy đảo ngược trên điện tích. Hạn chế của Li-cobalt là tuổi thọ khá ngắn, độ ổn định nhiệt thấp và khả năng tải (công suất riêng) hạn chế.

Hình 1: Cấu trúc Li-coban.
Cực âm có cấu trúc phân lớp. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm; khi tích điện dòng chảy từ cực âm sang cực dương. Nguồn: Cadex

Hạn chế của Li-cobalt là tuổi thọ khá ngắn, độ ổn định nhiệt thấp và khả năng tải (công suất riêng) hạn chế. Giống như các Li-ion pha trộn coban khác, Li-coban có cực dương bằng than chì giới hạn tuổi thọ của chu kỳ bằng cách thay đổi giao diện chất điện phân rắn , dày lên trên cực dương và lớp mạ lithium trong khi sạc nhanh và sạc ở nhiệt độ thấp. Các hệ thống mới hơn bao gồm niken, mangan và/hoặc nhôm để cải thiện tuổi thọ, khả năng tải và chi phí.

Li-coban không được sạc và xả ở dòng điện cao hơn định mức C của nó. Điều này có nghĩa là một tế bào 18650 với 2.400mAh chỉ có thể được sạc và xả ở 2.400mA. Buộc sạc nhanh hoặc áp dụng tải cao hơn 2.400mA sẽ gây ra hiện tượng quá nhiệt và căng thẳng quá mức. Để sạc nhanh tối ưu, nhà sản xuất khuyến nghị tốc độ C là 0,8C hoặc khoảng 2.000mA.  Mạch bảo vệ pin bắt buộc giới hạn tốc độ sạc và xả ở mức an toàn khoảng 1C đối với Pin năng lượng.

Thông số kỹ thuật :

điện áp	3,60V danh định; phạm vi hoạt động thông thường 3,0–4,2V/cell
Năng lượng riêng (công suất)	150–200Wh/kg. Các tế bào đặc biệt cung cấp tới 240Wh/kg.
Sạc (C-rate)	0,7–1C, sạc tới 4,20V (hầu hết các ô); sạc 3h điển hình. Dòng sạc trên 1C làm giảm tuổi thọ của pin.
Xả (C-rate)	1C; 2.50V bị cắt. Dòng xả trên 1C làm giảm tuổi thọ của pin.
Chu kỳ cuộc sống	500–1000, liên quan đến độ sâu xả, tải trọng, nhiệt độ
chạy trốn nhiệt	150°C (302°F). Sạc đầy thúc đẩy thoát nhiệt
Các ứng dụng	Điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy ảnh

Liti Mangan Oxit (LiMn ₂ O ₄ ) — LMO

Li-ion với spinel mangan lần đầu tiên được xuất bản trong Bản tin Nghiên cứu Vật liệu vào năm 1983. Năm 1996, Moli Energy đã thương mại hóa một tế bào Li-ion với oxit mangan liti làm vật liệu catốt. Kiến trúc này tạo thành một cấu trúc spinel ba chiều giúp cải thiện dòng ion trên điện cực, dẫn đến điện trở trong thấp hơn và khả năng xử lý dòng điện được cải thiện. Một ưu điểm nữa của spinel là tính ổn định nhiệt cao và tăng cường an toàn, tuy nhiên chu kỳ và tuổi thọ của lịch bị hạn chế.

Điện trở bên trong tế bào thấp cho phép sạc nhanh và xả dòng điện cao. Trong một gói 18650, Li-mangan có thể được thải ra ở dòng điện 20–30A với sự tích tụ nhiệt vừa phải. Cũng có thể áp dụng các xung tải một giây lên đến 50A. Tải cao liên tục ở dòng điện này sẽ gây ra sự tích tụ nhiệt và nhiệt độ tế bào không thể vượt quá 80°C (176°F). Li-mangan được sử dụng cho các dụng cụ điện, dụng cụ y tế, cũng như xe hybrid và xe điện.

Hình 4 minh họa sự hình thành khung tinh thể ba chiều trên cực âm của pin Li-mangan. Cấu trúc spinel này, thường bao gồm các hình kim cương được kết nối thành mạng tinh thể, xuất hiện sau khi hình thành ban đầu.

Li-mangan có công suất thấp hơn khoảng một phần ba so với Li-coban. Tính linh hoạt trong thiết kế cho phép các kỹ sư tối đa hóa pin để đạt được tuổi thọ tối ưu (tuổi thọ), dòng tải tối đa (công suất cụ thể) hoặc công suất cao (năng lượng cụ thể). Ví dụ, phiên bản có tuổi thọ cao trong cell 18650 có dung lượng vừa phải chỉ 1.100mAh; phiên bản dung lượng cao là 1.500mAh.

Thông số kỹ thuật :

điện áp	3,70V (3,80V) danh nghĩa; phạm vi hoạt động thông thường 3,0–4,2V/cell
Năng lượng riêng (công suất)	100–150Wh/kg
Sạc (C-rate)	0,7–1C điển hình, tối đa 3C, sạc tới 4,20V (hầu hết các ô)
Xả (C-rate)	1C; Có thể có 10C với một số tế bào, xung 30C (5 giây), ngắt 2,50V
Chu kỳ cuộc sống	300–700 (liên quan đến độ sâu xả, nhiệt độ)
chạy trốn nhiệt	250°C (482°F) điển hình. Sạc cao thúc đẩy thoát nhiệt
Các ứng dụng	Dụng cụ điện, thiết bị y tế, hệ thống truyền động điện

Liti Niken Mangan Coban Oxit (LiNiMnCoO ₂ ) — NMC

Một trong những hệ thống Li-ion thành công nhất là sự kết hợp cực âm của niken-mangan-coban (NMC). Tương tự như Li-mangan, các hệ thống này có thể được điều chỉnh để hoạt động như pin năng lượng . Ví dụ, NMC trong cell 18650 cho điều kiện tải vừa phải có dung lượng khoảng 2.800mAh và có thể cung cấp 4A đến 5A; NMC trong cùng một cell được tối ưu nguồn điện cụ thể có dung lượng chỉ khoảng 2.000mAh nhưng cho dòng xả liên tục 20A. Một cực dương dựa trên silicon sẽ đạt tới 4.000mAh và cao hơn nhưng với khả năng tải giảm và vòng đời ngắn hơn. Silicon được thêm vào than chì có nhược điểm là cực dương phát triển và co lại khi sạc và phóng điện, làm cho tế bào không ổn định về mặt cơ học.

Bí mật của NMC nằm ở việc kết hợp niken và mangan. Một sự tương tự của điều này là muối ăn trong đó các thành phần chính, natri và clorua, bản thân chúng đã độc hại nhưng việc trộn chúng lại được dùng như muối gia vị và chất bảo quản thực phẩm. Niken được biết đến với năng lượng riêng cao nhưng kém ổn định; mangan có lợi ích trong việc hình thành cấu trúc spinel để đạt được điện trở trong thấp nhưng mang lại năng lượng riêng thấp. Kết hợp các kim loại tăng cường sức mạnh của nhau.

NMC là loại pin được lựa chọn cho các dụng cụ điện, xe đạp điện và các hệ truyền động điện khác. Sự kết hợp cực âm thường là một phần ba niken, một phần ba mangan và một phần ba coban, còn được gọi là 1-1-1. Cobalt đắt và nguồn cung hạn chế. Các nhà sản xuất pin đang giảm hàm lượng coban với một số thỏa hiệp về hiệu suất. Một sự kết hợp thành công là NCM532 với 5 phần niken, 3 phần coban và 2 phần mangan. Các kết hợp khác là NMC622 và NMC811. Coban ổn định niken, một vật liệu hoạt động năng lượng cao.

Chất điện phân và chất phụ gia mới cho phép sạc tới 4,4V/cell và cao hơn để tăng công suất. Hình 7 thể hiện các đặc tính của NMC.

Thông số kỹ thuật :

điện áp	3,60V, 3,70V danh nghĩa; phạm vi hoạt động thông thường 3,0–4,2V/cell hoặc cao hơn
Năng lượng riêng (công suất)	150–220Wh/kg
Sạc (C-rate)	0,7–1C, sạc tới 4,20V, một số lên tới 4,30V; sạc 3h điển hình. Dòng sạc trên 1C làm giảm tuổi thọ của pin.
Xả (C-rate)	1C; 2C có thể xảy ra trên một số ô; Ngắt 2.50V
Chu kỳ cuộc sống	1000–2000 (liên quan đến độ sâu xả, nhiệt độ)
chạy trốn nhiệt	210°C (410°F) điển hình. Sạc cao thúc đẩy thoát nhiệt
Trị giá	~$420 mỗi kWh [1]
Các ứng dụng	Xe đạp điện, thiết bị y tế, xe điện, công nghiệp

Liti Sắt Phốt phát (LiFePO ₄ ) — LFP

Năm 1996, Đại học Texas (và những người đóng góp khác) đã phát hiện ra phốt phát làm vật liệu cực âm cho pin lithium có thể sạc lại. Li-photphat mang lại hiệu suất điện hóa tốt với điện trở thấp. Điều này có thể thực hiện được với vật liệu cực âm photphat ở quy mô nano. Những lợi ích chính là định mức dòng điện cao và tuổi thọ dài, bên cạnh tính ổn định nhiệt tốt, tăng cường an toàn và khả năng chịu đựng nếu bị lạm dụng.

Li-photphat chịu được điều kiện sạc đầy hơn và ít bị căng thẳng hơn so với các hệ thống lithium-ion khác nếu được giữ ở điện áp cao trong thời gian dài. (Xem BU-808: Cách kéo dài tuổi thọ của Pin Lithium). Như một sự đánh đổi, điện áp danh định thấp hơn 3,2V/cell của nó làm giảm năng lượng cụ thể xuống dưới mức năng lượng của lithium-ion pha trộn coban. Với hầu hết các loại pin, nhiệt độ thấp làm giảm hiệu suất và nhiệt độ bảo quản cao sẽ rút ngắn tuổi thọ và Li-photphat cũng không ngoại lệ. Li-photphat có khả năng tự xả cao hơn so với các loại pin Li-ion khác, điều này có thể gây ra các vấn đề về cân bằng khi lão hóa. Điều này có thể được giảm thiểu bằng cách mua các tế bào chất lượng cao và/hoặc sử dụng thiết bị điện tử điều khiển phức tạp, cả hai đều làm tăng chi phí của gói. Sạch sẽ trong sản xuất có tầm quan trọng đối với tuổi thọ. Không có dung sai đối với độ ẩm, e rằng pin sẽ chỉ cung cấp 50 chu kỳ. Hình 9 tóm tắt các thuộc tính của Li-photphat.

Li-photphat thường được sử dụng để thay thế pin khởi động axit chì. Bốn tế bào nối tiếp tạo ra 12,80V, một điện áp tương tự như sáu tế bào axit chì 2V nối tiếp. Xe sạc axit chì đến 14,40V (2,40V/cell) và duy trì mức sạc đầy. Sạc đầy được áp dụng để duy trì mức sạc đầy và ngăn quá trình sunfat hóa trên ắc quy axit chì.

Với bốn tế bào Li-photphat nối tiếp, mỗi tế bào có điện áp cao nhất là 3,60V, đây là điện áp sạc đầy chính xác. Tại thời điểm này, nên ngắt sạc nhưng vẫn tiếp tục sạc trong khi lái xe. Li-photphat chịu được một số trường hợp quá tải; tuy nhiên, việc duy trì điện áp ở mức 14,40V trong một thời gian dài, giống như hầu hết các phương tiện thực hiện trên một hành trình dài, có thể gây căng thẳng cho Li-photphat. Thời gian sẽ cho biết độ bền của Li-Phosphate khi thay thế axit chì bằng hệ thống sạc xe thông thường. Nhiệt độ lạnh cũng làm giảm hiệu suất của Li-ion và điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng quay trong những trường hợp cực đoan.

Thông số kỹ thuật :

điện áp	3,20, 3,30V danh nghĩa; phạm vi hoạt động thông thường 2,5–3,65V/cell
Năng lượng riêng (công suất)	90–120Wh/kg
Sạc (C-rate)	1C điển hình, sạc tới 3,65V; Thời gian sạc 3h điển hình
Xả (C-rate)	1C, 25C trên một số tế bào; xung 40A (2s); Ngắt 2,50V (thấp hơn 2V gây ra thiệt hại)
Chu kỳ cuộc sống	2000 trở lên (liên quan đến độ sâu xả, nhiệt độ)
chạy trốn nhiệt	270°C (518°F) Pin rất an toàn ngay cả khi đã được sạc đầy
Trị giá	~$580 mỗi kWh [1]
Các ứng dụng	Di động và cố định cần dòng tải và độ bền cao

Lithium Niken Coban Nhôm Ôxít (LiNiCoAlO ₂ ) — NCA

Pin lithium niken coban nhôm oxit, hay NCA, đã xuất hiện từ năm 1999 cho các ứng dụng đặc biệt. Nó chia sẻ những điểm tương đồng với NMC bằng cách cung cấp năng lượng cụ thể cao, công suất cụ thể khá tốt và tuổi thọ dài. Ít tâng bốc hơn là an toàn và chi phí

Thông số kỹ thuật :

điện áp	3,60V danh định; phạm vi hoạt động thông thường 3,0–4,2V/cell
Năng lượng riêng (công suất)	200-260Wh/kg; Dự đoán được 300Wh/kg
Sạc (C-rate)	0,7C, sạc tới 4,20V (hầu hết các ô), sạc 3 giờ thông thường, có thể sạc nhanh với một số ô
Xả (C-rate)	1C điển hình; cắt 3.00V; tốc độ xả cao rút ngắn tuổi thọ pin
Chu kỳ cuộc sống	500 (liên quan đến độ sâu xả, nhiệt độ)
chạy trốn nhiệt	150°C (302°F) điển hình, điện tích cao thúc đẩy quá trình thoát nhiệt
Trị giá	~$350 mỗi kWh [1]
Các ứng dụng	Thiết bị y tế, công nghiệp, hệ thống truyền động điện (Tesla)

Liti Titanat (Li2TiO3) — LTO

Pin có cực dương lithium titanate đã được biết đến từ những năm 1980. Li-titanate thay thế than chì ở cực dương của pin lithium-ion điển hình và vật liệu này tạo thành cấu trúc spinel. Cực âm có thể là oxit mangan liti hoặc NMC. Li-titanate có điện áp di động danh định là 2,40V, có thể sạc nhanh và cung cấp dòng xả cao 10C, hoặc gấp 10 lần công suất định mức. Số chu kỳ được cho là cao hơn so với Li-ion thông thường. Li-titanate an toàn, có đặc tính phóng điện tuyệt vời ở nhiệt độ thấp và đạt công suất 80 phần trăm ở –30°C (–22°F).

LTO (thường là Li4Ti ₅ O ₁₂ ) có ưu điểm hơn so với Li-ion pha trộn coban thông thường với cực dương than chì bằng cách đạt được đặc tính không biến dạng, không tạo màng SEI và không mạ lithium khi sạc nhanh và sạc ở nhiệt độ thấp. Độ ổn định nhiệt dưới nhiệt độ cao cũng tốt hơn so với các hệ thống Li-ion khác; tuy nhiên, pin là đắt tiền. Chỉ với 65Wh/kg, năng lượng riêng thấp, sánh ngang với NiCd. Li-titanate sạc tới 2,80V/cell và kết thúc quá trình xả là 1,80V/cell

Thông số kỹ thuật:

điện áp	2,40V danh nghĩa; phạm vi hoạt động thông thường 1,8–2,85V/cell
Năng lượng riêng (công suất)	50–80Wh/kg
Sạc (C-rate)	1C điển hình; Tối đa 5C, sạc tới 2,85V
Xả (C-rate)	10C có thể, 30C xung 5s; Ngắt 1,80V trên LCO/LTO
Chu kỳ cuộc sống	3,000–7,000
chạy trốn nhiệt	Một trong những loại pin Li-ion an toàn nhất
Trị giá	~$1,005 mỗi kWh [1]
Các ứng dụng	UPS, hệ thống truyền động điện (Mitsubishi i-MiEV, Honda Fit EV), đèn đường chạy bằng năng lượng mặt trời