Litium-mangaani-rautafosfaatti (LMFP) on seuraavan sukupolven katodimateriaali, joka yhdistää litium-mangaani-fosfaatti (LMP) – ja litiumrautafosfaatti (LFP) –akkujen hyviä puolia.
LFP ja LMP kuuluvat polyanionisiin suoloihin ja niin olivinen rakenne tekee niistä erittäin turvallisia, mutta sähkönjohtokyky on heikko.
LFP:tä on helppoa ja edullista valmistaa, ja sen sähkönjohtavuus on hyvä, mistä johtuen LFP on ollut kaupallinen menestys.
LMP:n sähkönjohtavuus ja stabiilisuus ovat puolestaan erittäin huonot, joten sitä ei ole kaupallisessa käytössä, kertoo Golden Dragon Capital artikkelissaan. Mutta kuin LFP-kemiaan lisätään mangaania, päästään korkeampiin kennojännitteisiin ja energiatehokkuus paranee.
Koska rauta- ja mangaani-ioneilla on sama säde, niitä voidaan yhdistää atomitasolla. Tämän johdosta LMFP-katodi yhdistää molempien akkukemioiden hyvät puolet.
Korkeampi energiatiheys lataussykleistä tai turvallisuudesta pahemmin tinkimättä
LMFP-katodimateriaali tarjoaa korkeamman energiatiheyden, samalla kun sen lataussyklit ja turvallisuus ovat samalla tasolla kuin LFP-katodeissa. Lisäksi LMFP toimii kylmissä olosuhteissa paremmin kuin LFP-katodimateriaali, kertoo Golden Dragon Capita artikkelissaan.
LMFP-akun kennojänite on 4.1V, joka on korkeampi kuin LFP-akun 3.4V. Energiatiheyden näkökulmasta LMFP-kemian energiatiheys on 21 % korkeampi kuin LFP-kemian. Ero ternäärisiin materiaaleihin on silti niin suuri, että LMFP ei pysty niitä korvaamaan.
Kuva 1. LFMP-akkujen energiatiheys on noin 20 prosenttia korkeampi kuin LFP-akkujen. (Lähde: Tycorun, July 2022)
Pakkaus tiheyden osalta LFP-prosessit ovat ovat suhteellisen kypsiä, luokkaa 2.1 – 2.6 g/cm3. Eräät johtavat yritykset ovat päässeet jo 2.6 g/cm3-tasolle.
LMFP:n pakkaustiheys on tällä hetkellä 2.3-2.5 g/cm3, joka on pienempi kuin LFP-prosessissa eli LMFP-prosessissa on vielä varaa parantaa. Terniäärimateriaaleilla on suhteellisen korkea pakkaustiheys johtuen niiden korkeasta ominaistiheydestä.
Terniäärimateriaalien heikon stabiilisuuden takia hilarakenteilla on taipumusta särkyä korkeissa lämpötiloissa, joten niiden turvallisuus on heikompi. Mangaanin heikomman lämpösuorityskyvyn takia LMFP-katodin turvallisuus on hieman huonompi kuin LFP-katodin, mutta molemmat ovat turvallisempia kuin terniäärimateriaalit.
Kiinalaisen akkujätti CATL:n kerrotaan aloittavan LMFP-akkujen massatuotannon vielä tämän vuoden aikana.
Kriittisemateriaalit.fi-sivusto on Huoltovarmuuskeskuksen Teknologiapoolin hallinnoima sivusto, joka seuraa suomalaisen teollisuuden kannalta kriittisten metallien ja mineraalien sekä elektroniikkakomponenttien markkinoiden kehitystä erityisesti jatkuvuudenhallinnan ja huoltovarmuuden näkökulmasta. Lisätietoa Teknologiapoolin toiminnasta: heikki.hernesmaa@teknologiateollisuus.fi
(Julkaistu 7.9.2022)
Lähteet:
- Lithium Manganese Iron Phosphate Cathode Material Market Research Report. Golden Dragon Capital, August 2022.
- The industrialization of LMFP Batteries is accelerated. Tycorun, 16 July 2022.
- CATL said to mass produce LMFP batteries within this year. CNEVPOST, 12 July 2022.
Lisää aiheesta:
NCM, NCA vai LFP: akkukatodien sota käydään kolmen kemian välillä
LFP 2.0: Koboltti- ja nikkelivapaan litiumrautafosfaattiakun vahva meno jatkuu
Mangaani suurempi huolenaihe kuin koboltti litiumioniakkujen materiaalien toimitusketjulle