Li-ion batterijen voor EV en wat te verbeteren?
| Jerry Huang
Er zijn twee hoofdtypen lithiumbatterijen: Li-ionbatterijen en lithiummetaalbatterijen. Tot nu toe zijn de Li-ion-batterijen die voor EV's worden gebruikt, LFP (LiFePO4), NCM (LiNiMnCoO2), NCA, LCO (LiCoO2), LNO (LiNiO2), LMO (LiMn2O4, Li2MnO3) en LTO-batterijen.
Lithium-metaalbatterij werd voor het eerst uitgevonden door MS Whittingham in 1970, terwijl dit verouderde type lithium-metaalbatterij meestal niet oplaadbaar is. Terwijl een nieuwe oplaadbare lithium-metaalbatterij, uitgevonden door SolidEnergy Systems die algemene voordelen heeft van een laag gewicht, dubbele energiedichtheid van de huidige li-ionbatterij, een lange levensduur, redelijke kosten en veiliger dan ooit, tot een grootschalige toepassing is gekomen. Hopelijk wordt dit de nieuwste en volgende heersende generatie lithiumbatterijen.
Citaat van Wikipedia: Lithium-ionbatterij of Li-ionbatterij (LIB) is een type oplaadbare batterij. Lithium-ionbatterijen worden vaak gebruikt voor draagbare elektronica en elektrische voertuigen en worden steeds populairder voor militaire en ruimtevaarttoepassingen. Een prototype Li-ionbatterij werd in 1985 ontwikkeld door Akira Yoshino, gebaseerd op eerder onderzoek door John Goodenough, Stanley Whittingham, Rachid Yazami en Koichi Mizushima in de jaren 70 en 80, en vervolgens werd een commerciële Li-ionbatterij ontwikkeld door een Sony en Asahi Kasei-team onder leiding van Yoshio Nishi in 1991.
Chemie-, prestatie-, kosten- en veiligheidskenmerken variëren per LIB-type. Handheld-elektronica gebruikt meestal lithium-polymeerbatterijen (met een polymeergel als elektrolyt) met lithiumkobaltoxide (LiCoO2) als kathodemateriaal, dat een hoge energiedichtheid biedt, maar veiligheidsrisico's met zich meebrengt, vooral bij beschadiging. Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4), lithium-ion-mangaanoxide-batterij (LiMn2O4, Li2MnO3 of LMO) en lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide (LiNiMnCoO2 of NMC) bieden een lagere energiedichtheid, maar een langere levensduur en minder kans op brand of explosie. Dergelijke batterijen worden veel gebruikt voor elektrisch gereedschap, medische apparatuur en andere rollen. NMC en zijn derivaten worden veel gebruikt in elektrische voertuigen.
Onderzoeksgebieden voor lithium-ionbatterijen zijn onder meer het verlengen van de levensduur, het verhogen van de energiedichtheid, het verbeteren van de veiligheid, het verlagen van de kosten en het verhogen van de laadsnelheid. Er is onderzoek gaande op het gebied van niet-ontvlambare elektrolyten als een weg naar meer veiligheid op basis van de ontvlambaarheid en vluchtigheid van de organische oplosmiddelen die in de typische elektrolyt worden gebruikt. Strategieën omvatten waterige lithium-ionbatterijen, keramische vaste elektrolyten, polymere elektrolyten, ionische vloeistoffen en sterk gefluoreerde systemen. (Wikipedia niet geciteerd)
De belangrijkste lithiumbatterijen voor EV zijn NCA en NCM, met LFP als een kleine optie op de wereldmarkt in 2020. De energiedichtheid van een LFP-singlecel is meestal ongeveer 110 Wh/kg, maar heel weinig kunnen het 190 Wh/kg maken; terwijl praktisch de energiedichtheid van een NCM eencellige batterij 200 Wh/kg kan zijn en hopelijk binnenkort 300 Wh/kg; maar voor een NCA-batterij kan het vandaag rond de 300 Wh/kg zijn. Tesla gebruikt tegenwoordig voornamelijk NCA-batterijen van Panasonic en LG Chem, ook NCM- en LFP-batterijen van CATL in zijn wereldwijde toeleveringsketen.
LFP-batterijen hebben het voordeel van lage kosten en veel betere veiligheidseigenschappen dan NCA/NCM-batterijen, terwijl de relatief lage energiedichtheid duidelijk een nadeel is.
Ter vergelijking van de NCA- en NCM-batterij, hebben onderzoek en markttoepassing aangetoond dat de NCA-lithiumbatterij goedkoper is met minder kobaltgehalte, een veel betere levensduur van de kalender, veel minder degradatie dan de NCM-lithiumbatterij, hoewel de levensduur van de NCA korter is dan die van NCM batterij. Een deel van de NCA-batterij wordt gebruikt voor opslag van zonne-energie in de ruimte met een levensduur van wel twintig jaar! Het nadeel van NCA-batterijen berust op de veiligheidsfactor, tot nu toe is het niet zo veilig als NCM en LFP bij hoge temperaturen. Onderzoekers zijn echter van mening dat NCA in de nabije toekomst de eerste keuze voor EV zal worden naarmate de veiligheid en productie verbeteren.
Opmerking: Als basische lithiumzouten kunnen lithiumhydroxide-monohydraat, lithiumcarbonaat (vaak gebruikt in LIB-kathodematerialen) en lithiumchloride worden omgezet in verschillende lithiumverbindingen, zoals LiPF6, LiFSI, LiTFSI en LiBF4 voor elektrolyten of lithiummetaal voor anodes in fabricage van lithiumbatterijen. Vind Poworks lithiumzouten hier .