1. Was ist Lithiumeisenmanganphosphat?

Lithiumeisenmanganphosphat ist ein neues Kathodenmaterial, das durch Dotieren von Lithiumeisenphosphat mit einer bestimmten Menge Manganelement entsteht. Da die Ionenradien und einige chemische Eigenschaften von Mangan- und Eisenelementen ähnlich sind, haben Lithiumeisenmanganphosphat und Lithiumeisenphosphat eine ähnliche Struktur und beide haben eine Olivinstruktur. Aus Sicht der Energiedichte ist Lithiumeisenmanganphosphat Lithiumeisenphosphat überlegen und wird daher als „verbesserte Version von Lithiumeisenphosphat“ angesehen.

Lithiumeisenmanganphosphat kann den Energiedichteengpass von Lithiumeisenphosphat durchbrechen. Derzeit hat sich die maximale Energiedichte von Lithiumeisenphosphat bei etwa 161–164 Wh/kg stabilisiert. Da es sich um ein phosphatbasiertes Material mit höherer Energiedichte handelt, kann der Einsatz von Lithiumeisenmanganphosphat dazu beitragen, den Energiedichteengpass von Lithiumeisenphosphat zu überwinden und so Chancen für die Industrialisierung zu eröffnen.

Lithiumeisenmanganphosphat bietet Vorteile in Bezug auf Energiedichte, Sicherheit, Leistung bei niedrigen Temperaturen und Kosten.

2. Leistungsvergleich von NCM, LFP und LFMP

Leistungsvergleichstabelle

Energiedichte: NCM (hoher Nickelgehalt) > LMFP > LFP

Das Manganelement hat den Vorteil einer hohen Spannung. Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat wird auf Basis von Lithium-Eisen-Phosphat mit Mangan dotiert, um die Spannungsplattform von 3,4 V auf 4,1 V zu erhöhen. Die Hochspannung bringt eine hohe Energiedichte. Die Energiedichte von LMFP ist 15–20 % höher als die von LFP. Die Energiedichte von LMFP kann das Niveau von NCM 523 oder sogar NCM 622 erreichen, was gegenüber LFP erhebliche Vorteile bietet.

Sicherheit: LFP ≈ LMFP > NCM

Der LMFP-Kristall hat eine hexagonal dicht gepackte Struktur. Der größte Vorteil dieser Struktur ist ihre gute Stabilität. Selbst wenn beim Laden alle Lithium-Ionen gelöst werden, besteht kein Problem eines strukturellen Zusammenbruchs. Gleichzeitig bilden die P-Atome im Material durch starke kovalente PO-Bindungen PO4-Tetraeder, und es ist für O-Atome schwierig, aus der Struktur zu entkommen, sodass das Material eine sehr hohe Sicherheit und Stabilität aufweist.

Leistung bei niedrigen Temperaturen: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFP hat eine Kapazitätserhaltungsrate von etwa 67 % bei -20 °C, während LMFP eine Kapazität von 71 % aufrechterhalten kann. Bei Mischung mit NCM-Materialien mit einem Massenverhältnis von 15 % kann die Rückhalterate 74 % erreichen.

Produktionskosten: NCM > LFP ≥ LMFP

Aus materieller Sicht ist die Welt reich an Manganerzreserven und die Kosten für LMFP und LFP sind nahezu gleich. Die Herstellungskosten von LMFP sind etwa 10 % höher als die von LFP, aber die Energiedichte von LMFP kann um 15 % erhöht werden. Durch spätere Technologie- und Rohstoffverbesserungen werden die Herstellungskosten künftig mindestens 10 % niedriger sein als bei LFP.

Vergleich der Leitfähigkeitseigenschaften von NCM, LFP und LFMP

3. Was ist der größte Engpass bei Lithiumeisenmanganphosphat?

Lithiumeisenmanganphosphat weist Mängel in der Geschwindigkeitsleistung, der Zyklusleistung usw. auf, was den Fortschritt der Industrialisierung behindert. Die Leitfähigkeit und die Diffusionsrate der Lithiumionen sind niedrig und die Ratenleistung ist relativ schlecht.

Kristallstruktur: Obwohl die hexagonal dicht gepackte Struktur von Lithiumeisenmanganphosphat sicher und stabil ist, gibt es im Material kein kontinuierliches FeO6 (MnO6)-Oktaedernetzwerk mit gemeinsamen Kanten, sondern ist durch PO4-Tetraeder verbunden. Daher kann es keine kontinuierliche Co-O-Co-Struktur wie Lithium-Kobaltoxid-Materialien bilden. Das Material weist eine schlechte Leitfähigkeit und eine schlechte Hochstromentladungsleistung auf. Darüber hinaus bilden diese Polyeder eine miteinander verbundene dreidimensionale Struktur, die die Bewegung von Lithiumionen in eindimensionalen Kanälen einschränkt.

Metallische Eigenschaften: Das Manganelement hat eine relativ schwache Leitfähigkeit. Die Übergangsenergielücke der Elektronen in Lithiumeisenmanganphosphat beträgt bis zu 2 eV (die Übergangsenergielücke von Lithiumeisenphosphat beträgt 0,3 eV), was den Nachteil einer geringen Leitfähigkeit und Ionenmobilität mit sich bringt.