1. ¿Qué es el fosfato de manganeso, hierro y litio?

El fosfato de litio y hierro y manganeso es un nuevo material catódico formado al dopar fosfato de litio y hierro con una cierta cantidad de elemento manganeso. Dado que los radios iónicos y algunas propiedades químicas de los elementos de manganeso y hierro son similares, el fosfato de litio, hierro y manganeso y el fosfato de litio y hierro tienen una estructura similar y ambos tienen una estructura de olivino. Desde la perspectiva de la densidad energética, el fosfato de litio, hierro y manganeso es superior al fosfato de litio y hierro, por lo que se considera una "versión mejorada del fosfato de litio y hierro".

El fosfato de litio y hierro y manganeso puede superar el cuello de botella de densidad energética del fosfato de litio y hierro. En la actualidad, la densidad energética máxima del fosfato de hierro y litio se ha estabilizado en alrededor de 161 ~ 164 Wh/kg. Como material a base de fosfato con mayor densidad energética, la aplicación de fosfato de litio y hierro y manganeso puede ayudar a superar el cuello de botella de densidad energética del fosfato de litio y hierro, abriendo así oportunidades de industrialización.

El fosfato de litio, hierro y manganeso tiene ventajas en cuanto a densidad energética, seguridad, rendimiento a baja temperatura y costo.

2. Comparación de rendimiento de NCM, LFP y LFMP

Tabla de comparación de rendimiento

Densidad de energía: NCM (alto níquel) > LMFP > LFP

El elemento manganeso tiene la ventaja de tener alto voltaje. El fosfato de litio y hierro y manganeso está dopado con manganeso a base de fosfato de litio y hierro para aumentar la plataforma de voltaje de 3,4 V a 4,1 V. El alto voltaje aporta una alta densidad de energía. La densidad de energía de LMFP es entre un 15% y un 20% mayor que la de LFP. La densidad de energía de LMFP puede alcanzar el nivel de NCM 523 o incluso NCM 622, lo que tiene importantes ventajas sobre LFP.

Seguridad: LFP ≈ LMFP > NCM

El cristal LMFP tiene una estructura hexagonal compacta. La mayor ventaja de esta estructura es su buena estabilidad. Incluso si todos los iones de litio se desprenden durante la carga, no habrá problema de colapso estructural. Al mismo tiempo, los átomos de P en el material forman tetraedros de PO4 a través de fuertes enlaces covalentes de PO, y es difícil para los átomos de O escapar de la estructura, por lo que el material tiene una seguridad y estabilidad muy altas.

Rendimiento a baja temperatura: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFP tiene una tasa de retención de capacidad de aproximadamente el 67 % a -20 °C, mientras que LMFP puede mantener una capacidad del 71 %. Cuando se mezcla con materiales NCM con una proporción de masa del 15%, la tasa de retención puede alcanzar el 74%.

Costo de producción: NCM > LFP ≥ LMFP

Desde el punto de vista material, el mundo es rico en reservas de mineral de manganeso y los costos de LMFP y LFP son casi los mismos. El costo de fabricación de LMFP es aproximadamente un 10% más caro que el de LFP, pero la densidad energética de LMFP se puede aumentar en un 15%. Gracias a las posteriores actualizaciones de tecnología y materias primas, el costo de fabricación será al menos un 10% más bajo que el de LFP en el futuro.

Comparación de propiedades conductoras de NCM, LFP y LFMP.

3. ¿Cuál es el mayor cuello de botella del fosfato de manganeso, hierro y litio?

El fosfato de litio, hierro y manganeso tiene defectos en el rendimiento de la tasa, el rendimiento del ciclo, etc., lo que dificulta el avance de la industrialización. La conductividad y la tasa de difusión de iones de litio son bajas y el rendimiento de la tasa es relativamente pobre.

Estructura cristalina: aunque la estructura hexagonal compacta del fosfato de manganeso, hierro y litio es segura y estable, no existe una red octaedro de borde compartido continuo de FeO6 (MnO6) en el material, sino que está conectada a través de tetraedros de PO4. Por lo tanto, no puede formar una estructura continua de Co-O-Co como los materiales de óxido de cobalto y litio. El material tiene mala conductividad y bajo rendimiento de descarga de alta corriente. Además, estos poliedros forman una estructura tridimensional interconectada, restringiendo el movimiento de los iones de litio en canales unidimensionales.

Propiedades metálicas: el elemento manganeso tiene una conductividad relativamente débil. La brecha de energía de transición de los electrones en el fosfato de litio, hierro y manganeso es de hasta 2 eV (la brecha de energía de transición del fosfato de litio y hierro es de 0,3 eV), lo que tiene las desventajas de una baja conductividad y movilidad de iones.