Литий-марганцевые аккумуляторы

Введение……………………………………………………………………………3
Общее положение……………………………………………………….………....5
Структура литий-марганцевого аккумулятора………………………………….8
Кристаллическая решетка литий-марганцевого электрода………………..….11
Характеристика литий-марганцевых аккумуляторов…………………………..12
Особенности эксплуатации литий-марганцевых аккумуляторов………………13
Сравнение литий марганцевых аккумуляторов с другими аккумуляторами…..15
Заключение…………………………………………………………………………16
Список литературы…………………………………………………………………17

Общее положение
Марганец занимает четвёртое место среди металлов по объёмам продаж, прежде всего, благодаря тому, что он незаменим в производстве стали и других сплавов. В 2011 году в мире было произведено 14 миллионов тонн марганца.
2% производимого марганца используется для получения оксидов марганца, которые применяются в совершенно другой сфере: в аккумуляторах. Оксиды марганца применяются в аккумуляторах трёх типов: щёлочных, перезаряжаемых литий-ионных и одноразовых литиевых.
В перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторах оксиды марганца часто используются в катодах, так как для них характерны высокая удельная энергоёмкость, высокая скорость разрядки, высокая электрическая ёмкость и долговечность.
LMD (батареи на основе литированного диоксида марганца) применяются в электрических инструментах, а также в электромобилях, таких как Chevy Volt, Nissan Leaf и Hyundai Sonata.
Популярными производителями таких элементов питания являются компании AW и BDL.
...

Структура литий-марганцевого аккумулятора
Устройство литий-ионного аккумулятора с марганцевой шпинелью было впервые опубликовано в журнале “Materials Research Bulletin" в 1983 году. В 1996 году компания Moli Energy коммерциализировала литий-ионную ячейку с литий-марганцевой шпинелью в качестве материала катода. Трехмерная структура шпинели улучшает поток ионов на электроде, что приводит к уменьшению внутреннего сопротивления и улучшению обработки тока. Еще одним преимуществом шпинели является высокая термическая стабильность, но срок жизни и количество циклов ограничены.
Низкое внутреннее сопротивление такой ячейки обеспечивает быструю зарядку и высокое возможное значение силы тока разряда. В типоразмере 18650 литий-марганцевый аккумулятор может разряжаться силой тока в 20-30 А с умеренным теплообразованием. Кроме того, он способен выдерживать импульсы до 50 А в течение одной-двух секунд.
...

Кристаллическая решетка литий-марганцевого электрода
Для литий-марганцевых аккумуляторов характерно "трехмерное" расположение ионов лития в кристаллической решетке положительного электрода. Такое расположение ведет к хорошей переносимости высоких токов разряда и достаточно хорошей стабильности электрода в процессе эксплуатации.
Литий-железофосфатные положительные электроды весьма стабильны - что очень хорошо видно по крепкой кристаллической решетке с "каналами" для ионов лития. Однако этот факт резко ограничивает подвижность ионов лития и такими электродами стали пользоваться относительно недавно - после того, как производителям удалось создать электроды, собираемые из частиц литий-железофосфата размером в сотни нанометров (размер частиц в сто раз меньше, чем у "3D" литий-марганцевых аккумуляторов, следовательно общая площадь на четыре порядка выше и этот факт кардинально улучшает характеристики литий-железофосфата).

Рис 5.
...

Характеристика литий-марганцевых аккумуляторов
Литий-марганцевая шпинель: LiMn204 катод, графитовый анод Сокращенное обозначение: LNO или Li-марганцевый (шпинельная структура) Разработан в 1996 году.
Таблица 1. Характеристика литий-марганцевых аккумуляторов
Напряжение
3.70 В (3.80 В) номинальное: стандартный рабочий диапазон - 3.0-4.2 В
Удельная энергоемкость
100-150 Вт*ч/кг
С-рейтинг зарядки
Стандарт 0,7-1 С; ЗС максимум: зарядка до 4.20 В (большинство батарей)
С-рейтинг разряда
Стандарт 1C: существуют модели с ЮС: импульсный режим работы (до 5 секунд) - 50С: при 2.50 В срабатывает отсекатель
Количество циклов заряда/ разряда
300-700 (зависит от глубины разрядов и температуры)
Тепловой пробой
Обычно при 250°С.
...

Особенности эксплуатации литий-марганцевых аккумуляторов
1. Не пытайтесь создать мощную литиевую батарею из отдельных незащищенных элементов, которые можно приобрести у китайских производителей! Такая батарея не будет иметь встроенной системы защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда, от повышения температуры, и поэтому может запросто взорваться при замыкании ее контактов или при нагревании, а также - во время заряда (перезаряда). К тому же, она, если не взорвется, прослужить гораздо меньше, ведь ее ток разряда ничем не будет ограничен.
2. Ни в коем случае не нагревайте литиевую батарею! При повышении температуры растет давление газа внутри литиевой батареи, что также может привести к взрыву. По этой причине не следует оставлять открытую литиевую батарею от прямыми солнечными лучами. Это не приведет к взрыву, но укоротит срок службы аккумулятора.
3. Не закорачивайте выводы литий-марганцевой аккумуляторной батареи.
...

Заключение
Каждый год количество устройств в мире, которые работают от аккумуляторных батарей, неуклонно возрастает. Не секрет, что самым слабым звеном современных устройств являются именно аккумуляторы. Их приходиться регулярно подзаряжать, они обладают не такой большой емкостью. Существующие аккумуляторные батареи с трудом позволяют добиваться автономной работы планшета или мобильного компьютера в течение нескольких дней.
Поэтому производители электромобилей, планшетов и смартфонов сегодня заняты поиском возможностей сохранения значительных объемов энергии в более компактных объемах самого аккумулятора. Несмотря на разные требования, предъявляемые к батареям для электромобилей и мобильных устройств, между ними можно легко провести параллели. В частности, известный электрокар Tesla Roadster питается от литийной батареи, разработанной специально для ноутбуков.
...