Comparação de desempenho de NCM, LFP e LFMP

1. O que é fosfato de manganês e ferro-lítio?

O fosfato de manganês e ferro-lítio é um novo material catódico formado pela dopagem do fosfato de ferro-lítio com uma certa quantidade de elemento manganês. Como os raios iônicos e algumas propriedades químicas dos elementos manganês e ferro são semelhantes, o fosfato de ferro-lítio-manganês e o fosfato de ferro-lítio são semelhantes em estrutura e ambos têm uma estrutura de olivina. Do ponto de vista da densidade de energia, o fosfato de ferro-lítio e manganês é superior ao fosfato de ferro-lítio, por isso é considerado uma "versão atualizada do fosfato de ferro-lítio".

O fosfato de manganês e ferro-lítio pode romper o gargalo de densidade de energia do fosfato de ferro-lítio. Atualmente, a densidade máxima de energia do fosfato de ferro-lítio estabilizou-se em torno de 161~164Wh/kg. Como um material à base de fosfato com maior densidade energética, a aplicação de fosfato de ferro-lítio e manganês pode ajudar a romper o gargalo de densidade energética do fosfato de ferro-lítio, abrindo assim oportunidades de industrialização.

O fosfato de manganês e ferro-lítio tem vantagens em densidade de energia, segurança, desempenho em baixas temperaturas e custo.

2. Comparação de desempenho de NCM, LFP e LFMP

Tabela de comparação de desempenho

Densidade de energia: NCM (alto níquel) > LMFP > LFP

O elemento manganês tem a vantagem da alta tensão. O fosfato de manganês de ferro-lítio é dopado com manganês à base de fosfato de ferro-lítio para aumentar a plataforma de tensão de 3,4V para 4,1V. A alta tensão traz alta densidade de energia. A densidade de energia do LMFP é 15% ~ 20% maior que a do LFP. A densidade de energia do LMFP pode atingir o nível de NCM 523 ou mesmo NCM 622, que apresenta vantagens significativas sobre o LFP.

Segurança: LFP ≈ LMFP > NCM

O cristal LMFP tem uma estrutura hexagonal compacta. A maior vantagem desta estrutura é a sua boa estabilidade. Mesmo que todos os íons de lítio sejam separados durante o carregamento, não haverá problema de colapso estrutural. Ao mesmo tempo, os átomos de P no material formam tetraedros PO4 através de fortes ligações covalentes de PO, e é difícil para os átomos de O escaparem da estrutura, portanto o material tem segurança e estabilidade muito altas.

Desempenho em baixa temperatura: NCM > LMFP > LFP

O Nano-LFP tem uma taxa de retenção de capacidade de cerca de 67% a -20°C, enquanto o LMFP pode manter uma capacidade de 71%. Quando misturado com materiais NCM com proporção de massa de 15%, a taxa de retenção pode chegar a 74%.

Custo de produção: NCM > LFP ≥ LMFP

Do lado material, o mundo é rico em reservas de minério de manganês e os custos do LMFP e do LFP são quase os mesmos. O custo de fabricação do LMFP é cerca de 10% mais caro que o do LFP, mas a densidade energética do LMFP pode ser aumentada em 15%. Através de atualizações subsequentes de tecnologia e matéria-prima, o custo de fabricação será pelo menos 10% menor do que o LFP no futuro.

Comparação das propriedades condutoras de NCM, LFP e LFMP

3. Qual é o maior gargalo do fosfato de manganês e ferro-lítio?

O fosfato de lítio-ferro-manganês apresenta defeitos no desempenho da taxa, no desempenho do ciclo, etc., o que dificulta o avanço da industrialização. A condutividade e a taxa de difusão de íons de lítio são baixas e o desempenho da taxa é relativamente ruim.

Estrutura cristalina: Embora a estrutura hexagonal compacta do fosfato de manganês e ferro-lítio seja segura e estável, não há rede contínua de octaedros de borda compartilhada de FeO6 (MnO6) no material, mas é conectada por meio de tetraedros PO4. Portanto, não pode formar uma estrutura contínua de Co-O-Co como os materiais de óxido de lítio-cobalto. O material tem baixa condutividade e baixo desempenho de descarga de alta corrente. Além disso, esses poliedros formam uma estrutura tridimensional interligada, restringindo o movimento dos íons de lítio em canais unidimensionais.

Propriedades metálicas: O elemento manganês tem condutividade relativamente fraca. A lacuna de energia de transição dos elétrons no fosfato de ferro-lítio e manganês é tão alta quanto 2eV (a lacuna de energia de transição do fosfato de ferro-lítio é de 0,3eV), que tem as desvantagens de baixa condutividade e mobilidade iônica.