Często mówimy o trójskładnikowych bateriach litowych lub bateriach żelazowo-litowych, których nazwa pochodzi od pozytywnego materiału aktywnego. Sześć powszechnych typów baterii litowych obejmuje: tlenek litowo-kobaltowy, manganian litu, manganian litowo-niklowo-kobaltowy (NCM), glinian litowo-niklowo-kobaltowy (NCA), fosforan litowo-żelazowy i tytanian litu.

1. Tlenek kobaltu litu (LiCoO2)

Jego wysoka energia właściwa sprawia, że ​​tlenek litowo-kobaltowy jest popularnym wyborem do telefonów komórkowych, laptopów i aparatów cyfrowych. Wadami tlenku litu kobaltu są stosunkowo krótka żywotność, niska stabilność termiczna i ograniczona nośność (moc właściwa). Podobnie jak inne hybrydowe akumulatory litowo-jonowe z kobaltem, tlenek litowo-kobaltowy wykorzystuje anodę grafitową, a jego cykl życia jest ograniczony głównie przez interfejs stałego elektrolitu (SEI), co objawia się głównie stopniowym pogrubieniem folii SEI i poszyciem elektrody ujemnej podczas szybkiego ładowania lub ładowania w niskiej temperaturze. Problem z litem. Nowsze systemy materiałowe dodają nikiel, mangan i/lub aluminium, aby poprawić żywotność, nośność i obniżyć koszty.

Tlenek litowo-kobaltowy wyróżnia się wysoką energią właściwą, ale zapewnia jedynie przeciętną wydajność pod względem charakterystyki mocy, bezpieczeństwa i żywotności.

2. Baterie z manganianem litu (LiMn2O4)

Spinelowe baterie litowo-manganowe zostały po raz pierwszy opublikowane w Materials Research w 1983 r. W 1996 r. Moli Energy wprowadził na rynek baterie litowo-jonowe z manganianem litu jako materiałem katodowym. Architektura ta tworzy trójwymiarową strukturę spinelową, która poprawia przepływ jonów przez elektrody, zmniejszając w ten sposób opór wewnętrzny i poprawiając zdolność przenoszenia prądu. Kolejną zaletą spinelu jest wysoka stabilność termiczna i zwiększone bezpieczeństwo, ale ograniczony cykl i żywotność kalendarza.

Niska rezystancja wewnętrzna akumulatora umożliwia szybkie ładowanie i rozładowanie dużym prądem. Baterie litowo-manganowe typu 18650 mogą być rozładowywane prądem 20-30A z umiarkowaną akumulacją ciepła, a temperatura baterii nie może przekroczyć 80°C. Manganian litu jest stosowany w elektronarzędziach, urządzeniach medycznych oraz pojazdach hybrydowych i czysto elektrycznych. Pojemność manganianu litu jest o około jedną trzecią niższa niż kobaltanu litu. Elastyczność konstrukcji umożliwia inżynierom wybór maksymalizacji żywotności baterii lub zwiększenia maksymalnego prądu obciążenia lub pojemności.

Baterie z czystego manganianu litu nie są już dziś powszechne; są używane tylko w szczególnych przypadkach.

Większość manganianu litu jest mieszana z tlenkiem kobaltu litowo-niklowo-kobaltowego (NMC) w celu zwiększenia energii właściwej i przedłużenia żywotności. Ta kombinacja zapewnia najlepsze osiągi każdego systemu, a większość pojazdów elektrycznych, takich jak Nissan Leaf, Chevrolet Volt i BMW i3, wybiera LMO (NMC). Część baterii LMO może osiągnąć około 30% i może zapewnić wyższy prąd podczas przyspieszania; część NMC zapewnia duży zasięg.

Badania nad akumulatorami litowo-jonowymi mają tendencję do łączenia manganianu litu z kobaltem, niklem, manganem i/lub aluminium jako aktywnymi materiałami katodowymi. W niektórych architekturach do elektrody ujemnej dodaje się niewielką ilość krzemu. Zapewnia to 25% zwiększenie pojemności; jednak krzem rozszerza się i kurczy podczas ładowania i rozładowania, powodując naprężenia mechaniczne, a zwiększenie pojemności jest często ściśle związane z krótkim cyklem życia.

3. Manganian litowo-niklowo-kobaltowy (NMC)

Jednym z najbardziej udanych systemów litowo-jonowych jest połączenie katodowe z kobaltem niklowo-manganowym (NMC). Podobnie jak manganian litu, system ten można dostosować do użytku jako bateria energetyczna lub zasilająca. Na przykład NMC w akumulatorze 18650 w warunkach umiarkowanego obciążenia ma pojemność około 2800 mAh i może zapewnić prąd rozładowania od 4 A do 5 A; ten sam typ NMC, zoptymalizowany pod kątem określonej mocy, ma pojemność tylko 2000 mAh, ale może zapewnić 20 A ciągłego prądu rozładowania. Elektroda ujemna na bazie krzemu osiągnie ponad 4000 mAh, ale nośność zostanie zmniejszona, a żywotność skrócona. Krzem dodany do grafitu ma tę wadę, że elektroda ujemna rozszerza się i kurczy przy ładowaniu i rozładowaniu, co powoduje, że bateria jest naprężona mechanicznie i niestabilna strukturalnie.

Sekretem NMC jest połączenie niklu i manganu. Podobnie jest z solą stołową, której główne składniki, sód i chlorek, są same w sobie toksyczne, ale są mieszane razem jako sól przyprawowa i konserwanty żywności. Nikiel znany jest z wysokiej energii właściwej, ale słabej stabilności; struktura spinelu manganu może osiągnąć niski opór wewnętrzny, ale niską energię właściwą. Zalety dwóch aktywnych metali uzupełniają się.

NMC to akumulator wybierany do elektronarzędzi, rowerów elektrycznych i innych elektrycznych układów napędowych. Kombinacja elektrod dodatnich to zwykle jedna trzecia niklu, jedna trzecia manganu i jedna trzecia kobaltu, znana również jako 1-1-1. Zapewnia to wyjątkową mieszankę, która również obniża koszty surowców dzięki zmniejszonej zawartości kobaltu. Inną udaną kombinacją jest NCM, który zawiera 5 części niklu, 3 części kobaltu.