1. リン酸鉄マンガンリチウムとは何ですか?

リン酸鉄マンガンリチウムは、リン酸鉄リチウムに一定量のマンガン元素をドープして形成された新しい正極材料です。マンガン元素と鉄元素のイオン半径と一部の化学的性質が似ているため、リン酸鉄マンガンリチウムとリン酸鉄リチウムは構造が似ており、どちらもオリビン構造を持っています。リン酸マンガン鉄リチウムは、エネルギー密度の観点からはリン酸鉄リチウムよりも優れており、「リン酸鉄リチウムの改良版」とされています。

リン酸鉄マンガンリチウムは、リン酸鉄リチウムのエネルギー密度のボトルネックを突破することができます。現在、リン酸鉄リチウムの最大エネルギー密度は161～164Wh/kg程度で安定している。より高いエネルギー密度を有するリン酸塩ベースの材料であるリン酸鉄マンガンリチウムの応用は、リン酸鉄リチウムのエネルギー密度のボトルネックを打破するのに役立ち、工業化の機会をもたらします。

リン酸鉄マンガンリチウムは、エネルギー密度、安全性、低温性能、コストの点で利点があります。

2.NCM、LFP、LFMPの性能比較

性能比較表

エネルギー密度: NCM (高ニッケル) > LMFP > LFP

マンガン元素は耐電圧が高いという利点があります。リン酸鉄マンガンリチウムは、リン酸鉄リチウムをベースにマンガンをドープし、電圧プラットフォームを3.4Vから4.1Vに高めます。高電圧は高いエネルギー密度をもたらします。LMFP のエネルギー密度は LFP より 15%~20% 高くなります。LMFP のエネルギー密度は NCM 523 または NCM 622 のレベルに達する可能性があり、LFP に比べて大きな利点があります。

セキュリティ: LFP ≈ LMFP > NCM

LMFP 結晶は六方最密構造を持っています。この構造の最大の利点は安定性の良さです。充電中にすべてのリチウムイオンが脱離しても、構造が崩れるという問題はありません。同時に、材料中のP原子はPOの強い共有結合によりPO4四面体を形成しており、O原子がその構造から抜け出しにくいため、非常に安全性と安定性が高い材料です。

低温性能: NCM > LMFP > LFP

Nano-LFPは-20℃での容量維持率が約67%であるのに対し、LMFPは71%の容量を維持できます。NCM材と質量比15%で混合した場合、保持率は74%に達します。

生産コスト: NCM > LFP ≥ LMFP

物質面から見ると、世界にはマンガン鉱石の埋蔵量が豊富であり、LMFPとLFPのコストはほぼ同じです。LMFP の製造コストは LFP よりも約 10% 高くなりますが、エネルギー密度は 15% 高めることができます。その後の技術と原材料のアップグレードにより、将来的には製造コストが LFP より少なくとも 10% 低くなる予定です。

NCM、LFP、LFMPの導電特性の比較

3. リン酸鉄マンガンリチウムの最大のボトルネックは何ですか?

リン酸鉄マンガンリチウムはレート性能やサイクル性能などに欠陥があり、工業化の進展を妨げている。導電率やリチウムイオンの拡散速度が低く、レート性能も比較的劣ります。

結晶構造: リン酸鉄マンガンリチウムの六方最密構造は安全で安定していますが、材料中に連続した FeO6 (MnO6) 共有エッジ八面体ネットワークはなく、PO4 四面体を介して接続されています。したがって、コバルト酸リチウム材料のように連続したCo-O-Co構造を形成することはできません。この材料は導電性が低く、大電流放電性能も劣っています。さらに、これらの多面体は相互接続された三次元構造を形成し、一次元チャネル内のリチウムイオンの移動を制限します。

金属の性質：マンガン元素は比較的弱い導電性を持っています。リン酸鉄マンガンリチウムの電子の遷移エネルギーギャップは2eVと高く（リン酸鉄リチウムの遷移エネルギーギャップは0.3eV）、導電性とイオン移動度が低いという欠点があります。