Vi snakker ofte om ternære litiumbatterier eller jern-litiumbatterier, som er oppkalt etter det positive aktive materialet. De seks vanlige typene litiumbatterier inkluderer: litiumkoboltoksid, litiummanganat, litiumnikkelkoboltmanganat (NCM), litiumnikkelkoboltaluminat (NCA), litiumjernfosfat og litiumtitanat.

1. Litiumkoboltoksid (LiCoO2)

Den høye spesifikke energien gjør litiumkoboltoksid til et populært valg for mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og digitale kameraer. Ulempene med litiumkoboltoksid er relativt kort levetid, lav termisk stabilitet og begrenset belastningskapasitet (spesifikk effekt). Som andre kobolthybride litiumionbatterier bruker litiumkoboltoksid en grafittanode, og dens syklusliv er hovedsakelig begrenset av det faste elektrolyttgrensesnittet (SEI), som hovedsakelig manifesteres i den gradvise fortykningen av SEI-filmen og den negative elektrodebelegget under hurtiglading eller lavtemperaturlading. Litium problem. Nyere materialsystemer legger til nikkel, mangan og/eller aluminium for å forbedre levetiden, lastekapasiteten og redusere kostnadene.

Litiumkoboltoksid utmerker seg med høy spesifikk energi, men gir kun middelmådig ytelse når det gjelder kraftegenskaper, sikkerhet og levetid.

2. Litiummanganat (LiMn2O4)

Spinellitiummanganatbatterier ble først publisert i Materials Research i 1983. I 1996 kommersialiserte Moli Energy litiumionbatterier med litiummanganat som katodemateriale. Arkitekturen danner en tredimensjonal spinellstruktur som forbedrer ionestrømmen over elektrodene, og dermed reduserer den indre motstanden og forbedrer strømbærende kapasitet. En annen fordel med spinell er høy termisk stabilitet og forbedret sikkerhet, men begrenset syklus og kalenderlevetid.

Lav intern motstand i batteriet muliggjør rask lading og høy strømutladning. Type 18650 celler, litiummanganatbatterier kan utlades ved en strøm på 20-30A med moderat varmeakkumulering, og batteritemperaturen kan ikke overstige 80°C. Litiummanganat brukes i elektroverktøy, medisinsk utstyr og hybride og rene elektriske kjøretøy. Kapasiteten til litiummanganat er omtrent en tredjedel lavere enn for litiumkoboltat. Designfleksibilitet gjør det mulig for ingeniører å velge å maksimere batterilevetiden, eller å øke maksimal belastningsstrøm eller kapasitet.

Rene litiummanganatbatterier er ikke lenger vanlig i dag; de brukes kun i spesielle tilfeller.

Det meste av litiummanganat er blandet med litiumnikkel mangan koboltoksid (NMC) for å øke spesifikk energi og forlenge levetiden. Denne kombinasjonen gir den beste ytelsen fra hvert system, og de fleste elbiler som Nissan Leaf, Chevrolet Volt og BMW i3 velger LMO (NMC). LMO-delen av batteriet kan nå rundt 30 % og kan gi høyere strøm under akselerasjon; NMC-delen gir lang rekkevidde.

Li-ion batteriforskning har en tendens til å kombinere litiummanganat med kobolt, nikkel, mangan og/eller aluminium som aktive katodematerialer. I noen arkitekturer tilsettes en liten mengde silisium til den negative elektroden. Dette gir en kapasitetsøkning på 25 %; silisium ekspanderer og trekker seg sammen med ladning og utladning, noe som forårsaker mekanisk stress, og kapasitetsøkningen er ofte tett knyttet til kort levetid.

3. Litiumnikkelkoboltmanganat (NMC)

Et av de mest vellykkede Li-ion-systemene er katodekombinasjonen av nikkel mangan kobolt (NMC). I likhet med litiummanganat kan dette systemet skreddersys for bruk som et energi- eller strømbatteri. For eksempel har en NMC i et 18650-batteri under moderate belastningsforhold en kapasitet på ca. 2800 mAh og kan gi 4A til 5A utladningsstrøm; den samme typen NMC, når den er optimalisert for en spesifikk effekt, har en kapasitet på bare 2000mAh, men kan gi 20A kontinuerlig utladningsstrøm. Den silisiumbaserte negative elektroden vil nå mer enn 4000mAh, men belastningskapasiteten reduseres og syklusens levetid forkortes. Silisium tilsatt grafitt har den defekten at den negative elektroden utvider seg og trekker seg sammen med lading og utlading, noe som gjør batteriet mekanisk belastet og strukturelt ustabilt.

Hemmeligheten til NMC er kombinasjonen av nikkel og mangan. I likhet med dette er bordsalt, hvor hovedkomponentene natrium og klorid er giftige alene, men de blandes sammen som kryddersalt og matkonserveringsmidler. Nikkel er kjent for sin høye spesifikke energi, men dårlige stabilitet; manganspinellstrukturen kan oppnå lav indre motstand, men lav spesifikk energi. Fordelene med de to aktive metallene er komplementære.

NMC er det foretrukne batteriet for elektroverktøy, e-sykler og andre elektriske drivlinjer. Den positive elektrodekombinasjonen er vanligvis en tredjedel nikkel, en tredjedel mangan og en tredjedel kobolt, også kjent som 1-1-1. Dette gir en unik blanding som også reduserer råvarekostnadene på grunn av redusert koboltinnhold. En annen vellykket kombinasjon er NCM, som inneholder 5 deler nikkel, 3 deler kobolt.