1. Qu’est-ce que le phosphate de lithium fer manganèse ?

Le phosphate de fer et de manganèse au lithium est un nouveau matériau cathodique formé en dopant du phosphate de fer et de lithium avec une certaine quantité d'élément manganèse. Étant donné que les rayons ioniques et certaines propriétés chimiques des éléments de manganèse et de fer sont similaires, le phosphate de lithium-fer-manganèse et le phosphate de lithium-fer ont une structure similaire et tous deux ont une structure olivine. Du point de vue de la densité énergétique, le phosphate de lithium fer manganèse est supérieur au phosphate de fer lithium, il est donc considéré comme une « version améliorée du phosphate de fer lithium ».

Le phosphate de lithium fer manganèse peut briser le goulot d’étranglement de la densité énergétique du phosphate de lithium fer. À l’heure actuelle, la densité énergétique maximale du phosphate de fer et de lithium s’est stabilisée autour de 161~164Wh/kg. En tant que matériau à base de phosphate avec une densité énergétique plus élevée, l’application du phosphate de lithium-fer-manganèse peut aider à briser le goulot d’étranglement de la densité énergétique du phosphate de fer-lithium, ouvrant ainsi la voie à des opportunités d’industrialisation.

Le phosphate de lithium fer manganèse présente des avantages en termes de densité énergétique, de sécurité, de performances à basse température et de coût.

2. Comparaison des performances de NCM, LFP et LFMP

Tableau de comparaison des performances

Densité énergétique : NCM (haute teneur en nickel) > LMFP > LFP

L'élément manganèse présente l'avantage de la haute tension. Le phosphate de fer et de manganèse au lithium est dopé au manganèse à base de phosphate de fer et de lithium pour augmenter la plate-forme de tension de 3,4 V à 4,1 V. La haute tension apporte une densité énergétique élevée. La densité énergétique du LMFP est de 15 à 20 % supérieure à celle du LFP. La densité énergétique du LMFP peut atteindre le niveau de NCM 523 ou même de NCM 622, ce qui présente des avantages significatifs par rapport au LFP.

Sécurité : LFP ≈ LMFP > NCM

Le cristal LMFP a une structure hexagonale compacte. Le plus gros avantage de cette structure est sa bonne stabilité. Même si tous les ions lithium sont détachés pendant la charge, il n’y aura aucun problème d’effondrement structurel. Dans le même temps, les atomes de P dans le matériau forment des tétraèdres PO4 grâce à de fortes liaisons covalentes de PO, et il est difficile pour les atomes d'O de s'échapper de la structure, de sorte que le matériau présente une sécurité et une stabilité très élevées.

Performances à basse température : NCM > LMFP > LFP

Le Nano-LFP a un taux de rétention de capacité d'environ 67 % à -20°C, tandis que le LMFP peut maintenir une capacité de 71 %. Lorsqu'il est mélangé avec des matériaux NCM avec un rapport massique de 15 %, le taux de rétention peut atteindre 74 %.

Coût de production : NCM > LFP ≥ LMFP

Du point de vue matériel, le monde est riche en réserves de minerai de manganèse et les coûts du LMFP et du LFP sont presque les mêmes. Le coût de fabrication du LMFP est environ 10 % plus élevé que celui du LFP, mais la densité énergétique du LMFP peut être augmentée de 15 %. Grâce aux améliorations ultérieures de la technologie et des matières premières, le coût de fabrication sera d'au moins 10 % inférieur à celui du LFP à l'avenir.

Comparaison des propriétés conductrices de NCM, LFP et LFMP

3. Quel est le plus gros goulot d’étranglement du phosphate de lithium fer manganèse ?

Le phosphate de lithium fer manganèse présente des défauts de performance en termes de débit, de performance en cycle, etc., ce qui entrave l'avancement de l'industrialisation. La conductivité et le taux de diffusion des ions lithium sont faibles et les performances de débit sont relativement médiocres.

Structure cristalline : bien que la structure hexagonale compacte du phosphate de lithium fer manganèse soit sûre et stable, il n'y a pas de réseau continu d'octaèdres à bords partagés FeO6 (MnO6) dans le matériau, mais elle est connectée via des tétraèdres PO4. Par conséquent, il ne peut pas former une structure Co-O-Co continue comme les matériaux à base d’oxyde de lithium et de cobalt. Le matériau a une mauvaise conductivité et de mauvaises performances de décharge à courant élevé. De plus, ces polyèdres forment une structure tridimensionnelle interconnectée, limitant le mouvement des ions lithium dans des canaux unidimensionnels.

Propriétés métalliques : L’élément manganèse a une conductivité relativement faible. L'écart d'énergie de transition des électrons dans le phosphate de lithium fer manganèse atteint 2eV (l'écart d'énergie de transition du phosphate de fer lithium est de 0,3 eV), ce qui présente les inconvénients d'une faible conductivité et mobilité ionique.