Trong tự nhiên, liti là kim loại nhẹ nhất với khối lượng nguyên tử nhỏ nhất. Trọng lượng nguyên tử của nó là 6,94g/mol và ρ=0,53g/cm3. Liti hoạt động hóa học và dễ dàng mất electron và bị oxy hóa thành Li+. Do đó, thế điện cực tiêu chuẩn là âm nhất, -3,045V và đương lượng điện hóa là nhỏ nhất, 0,26g/Ah. Những đặc điểm này của lithium xác định rằng nó là một Vật liệu rất có năng lượng riêng cao. Pin lithium bậc ba dùng để chỉ pin thứ cấp lithium sử dụng ba oxit kim loại chuyển tiếp là niken, coban và mangan làm vật liệu điện cực dương. Nó tích hợp đầy đủ hiệu suất chu kỳ tốt của oxit lithium coban, công suất riêng cao của lithium nikenate và độ an toàn cao và chi phí thấp của lithium manganat. Nó sử dụng các phương pháp trộn, pha tạp, phủ và sửa đổi bề mặt ở cấp độ phân tử để tổng hợp niken. Coban, mangan và các oxit xen kẽ lithium tổng hợp đa nguyên tố khác. Đó là loại pin sạc lithium-ion được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.



Tuổi thọ pin lithium bậc ba



Cái gọi là tuổi thọ của pin lithium đề cập đến việc dung lượng của pin giảm xuống 70% so với dung lượng danh định (dung lượng pin ở nhiệt độ phòng 25°C, áp suất khí quyển tiêu chuẩn và xả ở 0,2C) sau một khoảng thời gian, mà có thể được coi là kết thúc của cuộc sống. Trong ngành, vòng đời thường được tính bằng số chu kỳ sạc đầy và xả của pin lithium. Trong quá trình sử dụng, bên trong pin lithium xảy ra phản ứng điện hóa không thể đảo ngược, dẫn đến giảm dung lượng, chẳng hạn như phân hủy chất điện phân, khử hoạt tính của vật liệu hoạt động, phá vỡ cấu trúc điện cực dương và âm, giảm trong số lượng các ion lithium được đưa vào và chiết xuất, v.v. . Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng tốc độ phóng điện cao hơn sẽ dẫn đến công suất suy giảm nhanh hơn. Nếu dòng xả thấp hơn, điện áp pin sẽ gần với điện áp cân bằng và nhiều năng lượng hơn có thể được giải phóng.



Tuổi thọ lý thuyết của pin lithium bậc ba là khoảng 800 chu kỳ, thuộc loại trung bình trong số các loại pin lithium có thể sạc lại thương mại. Lithium iron phosphate là khoảng 2.000 chu kỳ, trong khi lithium titanate được cho là có thể đạt tới 10.000 chu kỳ. Hiện tại, các nhà sản xuất pin chính hứa hẹn hơn 500 lần (sạc và xả trong điều kiện tiêu chuẩn) trong thông số kỹ thuật của pin ternary của họ. Tuy nhiên, sau khi pin được lắp ráp thành một bộ pin, do vấn đề về tính nhất quán, điện áp chính và điện trở bên trong không thể hoàn toàn giống nhau và vòng đời của nó là khoảng 400 lần. Nhà sản xuất khuyến nghị rằng cửa sổ sử dụng SOC là 10%~90%. Không nên sạc và xả sâu, nếu không nó sẽ gây ra thiệt hại không thể phục hồi đối với cấu trúc tích cực và tiêu cực của pin. Nếu nó được tính bằng điện tích nông và xả nông, tuổi thọ của chu kỳ sẽ ít nhất là 1000 lần. Ngoài ra, nếu pin lithium thường xuyên được xả trong môi trường nhiệt độ cao và tốc độ cao, tuổi thọ của pin sẽ giảm đáng kể xuống dưới 200 lần.



Ưu điểm và nhược điểm của pin lithium ternary



Pin lithium bậc ba tương đối cân bằng về dung lượng và độ an toàn, đồng thời là loại pin có hiệu suất tổng thể tuyệt vời. Các chức năng chính, ưu điểm và nhược điểm của ba nguyên tố kim loại như sau:



Co3+: Giảm không gian trộn cation, ổn định cấu trúc phân lớp của vật liệu, giảm giá trị trở kháng, tăng độ dẫn điện, cải thiện hiệu suất chu kỳ và tốc độ.



Ni2+: có thể tăng công suất của vật liệu (tăng mật độ năng lượng thể tích của vật liệu) và do bán kính của Li và Ni tương tự nhau, quá nhiều Ni cũng sẽ khiến lithium và niken bị trộn lẫn do hiện tượng trật khớp với Li và nồng độ ion niken trong lớp liti Giá trị càng lớn thì càng khó khử xen kẽ liti trong cấu trúc phân lớp, dẫn đến hiệu suất điện hóa kém.



Mn4+: Không chỉ có thể giảm chi phí vật liệu mà còn có thể cải thiện độ an toàn và ổn định của vật liệu. Tuy nhiên, hàm lượng Mn quá cao sẽ dễ hình thành pha spinel và phá hủy cấu trúc phân lớp, làm giảm năng suất và giảm chu kỳ.



Mật độ năng lượng cao là lợi thế lớn nhất của pin lithium bậc ba và nền tảng điện áp là một chỉ số quan trọng về mật độ năng lượng của pin, xác định hiệu quả cơ bản và chi phí của pin. Nền điện áp càng cao, công suất cụ thể càng lớn, do đó, cùng một khối lượng, trọng lượng và thậm chí cùng một loại pin Ampe, pin lithium vật liệu bậc ba với nền điện áp cao hơn có tuổi thọ pin dài hơn. Nền tảng điện áp xả của pin lithium ternary đơn cao tới 3,7V, lithium iron phosphate là 3,2V và lithium titanate chỉ 2,3V. Do đó, từ góc độ mật độ năng lượng, pin lithium bậc ba tốt hơn so với lithium iron phosphate, lithium manganate hoặc Lithium titanate có lợi thế tuyệt đối.



An toàn kém và vòng đời ngắn là những thiếu sót chính của pin lithium bậc ba, đặc biệt là hiệu suất an toàn, vốn là yếu tố chính hạn chế các ứng dụng tích hợp quy mô lớn và kết hợp quy mô lớn của chúng. Một số lượng lớn các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng pin ternary có dung lượng lớn hơn rất khó vượt qua các bài kiểm tra an toàn như châm cứu và sạc quá mức. Đây cũng là lý do tại sao nhiều nguyên tố mangan thường được đưa vào pin dung lượng lớn, hoặc thậm chí trộn với manganat lithium. Tuổi thọ chu kỳ 500 lần là ở giữa pin lithium, vì vậy lĩnh vực ứng dụng chính của pin lithium ternary là các sản phẩm điện tử tiêu dùng như kỹ thuật số 3C.