Экспериментальная LMR-батарея компании LG сохраняет 92% своей емкости после 883 циклов.

• Компания LG нашла способы повысить долговечность LMR-аккумуляторов за счет изменения рабочего напряжения и технологического процесса производства.
• Литий-металлургические (LMR) батареи дешевле никельсодержащих и обладают более высокой плотностью энергии, чем литий-железо-фосфатные (LFP) батареи.
• Результаты многообещающие, но скорость зарядки, работа в условиях низких температур и реальный срок службы остаются недоказанными.

Идея более дешевых аккумуляторов для электромобилей звучит замечательно, пока эти батареи не начинают терять способность выполнять свою основную функцию. Это давно является серьезной проблемой для литий-марганцевых (LMR) батарей, которые являются многообещающей альтернативой недорогим химическим батареям, таким как литий-железо-фосфатные (LFP). Эти батареи обладают большим потенциалом с точки зрения стоимости и плотности энергии, но остается много вопросов относительно их срока службы.

Компания LG Energy Solution и Сеульский национальный университет предложили полезное решение, по крайней мере, части этой проблемы. Их экспериментальные LMR-аккумуляторные элементы сохранили впечатляющие 92.2% своей первоначальной емкости после 883 циклов зарядки-разрядки. Обычно ожидается, что электромобили прослужат от 1000 до 2000 циклов зарядки.

Профессор Чонву Лим из Сеульского национального университета заявил в исследовании: «В этом исследовании были выявлены причины деградации LMR-батарей с точки зрения обратимости кислорода и показано, что стабильность ячеек может быть улучшена только за счет разработки электрохимического протокола. Мы подтвердили, что для достижения долговременной стабильности LMR-батарей требуется всестороннее изучение не только условий зарядки, но и условий разрядки».

Литий-кобальт-марганцевые (LMR) батареи — ещё один представитель семейства литий-ионных батарей , катод которых в значительной степени зависит от марганца. Привлекательность этой химической структуры легко объяснить: марганец дешевле и более распространён, чем никель и кобальт. Использование больших его количеств снижает потребность в дорогостоящих компонентах, при этом позволяя создать батарею, которая не только недорога, но и работает так же хорошо, как и обычная никель-кобальт-марганцевая (NCM) батарея.

В ходе этих недавних экспериментов компания LG стремилась лучше контролировать реакции кислорода внутри катода. Кислород помогает LMR-батареям накапливать энергию, но реакции, которые он вызывает внутри ячейки, должны быть обратимы во время разряда; в противном случае структура может быть повреждена, и могут накапливаться газы, что нежелательно внутри герметичной батареи.

Исследователи изменили рабочие напряжения для лучшего контроля этих реакций. Снижение порогового напряжения заряда с 4.6 В до 4.3 В улучшило извлечение кислорода с 86% до 97%. Разряд до 2 В вместо 3 В также оказался эффективным. Компания LG объединила эти модификации с низкотемпературным процессом формования — начальным процессом подготовки элементов во время производства. Этот улучшенный протокол также помог снизить газообразование и структурные повреждения.

Компания LG поясняет, что «это исследование решает одну из ключевых проблем, стоящих перед LMR-аккумуляторами. Оно показывает, что стабильный срок службы батареи может быть обеспечен даже в крупномасштабных элементах за счет эффективного подавления газообразования, что закладывает важную основу для роста рынка LMR-аккумуляторов следующего поколения».

Некоторые автопроизводители уже вкладывают значительные средства в технологию LMR. GM рассчитывает добиться существенной экономии средств за счет внедрения этой технологии в свои серийные электромобили . Но одних только более дешевых компонентов недостаточно. Аккумуляторы LMR страдают от потери емкости и падения напряжения, что снижает выходную мощность батареи.

GM прогнозирует увеличение плотности энергии литий-железо-фосфатных (LFP) батарей на 33% при аналогичной стоимости по сравнению с элементами LMR. Перспективы LMR являются одной из причин, по которой компания пересматривает вопрос о целесообразности использования LFP-батарей в своей будущей линейке электромобилей. Ранее GM и LG объявили о планах начать производство LMR в США к 2028 году.

Но хотя новые исследования LG обнадеживают, компания еще не продемонстрировала, превосходят ли ее элементы LMR серийные батареи LFP по скорости зарядки, устойчивости к низким температурам или сроку службы. Тем не менее, это прогресс, и он поддерживает интерес к батареям LMR, но пока мы не увидим их в серийном электромобиле, мы не узнаем, насколько эти обещания оправдаются после перехода из лаборатории в ваш автомобиль.