Lithium-Mangan-Oxid (LiMn₂O₄) ist ein weit verbreitetes Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien, das für seine Kombination aus guter Sicherheit, thermischer Stabilität und angemessenen Leistungsmerkmalen bekannt ist. Es handelt sich um ein Übergangsmetalloxid, das Teil der breiteren Familie von Lithium-Metalloxid-Materialien ist, die für wiederaufladbare Batterien verwendet werden.
Formel: LiMn₂O₄. Aussehen: Es handelt sich in der Regel um ein feines Pulver, das normalerweise grau oder cremefarben ist. Dichte: Etwa 4,2–4,5 g/cm³. Kristallstruktur: Spinellstruktur, bei der Manganatome in einem 3D-Rahmen angeordnet sind, so dass Lithiumionen während des Zyklus leicht interkalieren können.
Energiedichte: Lithium-Mangan-Oxid bietet im Vergleich zu anderen Kathodenmaterialien wie Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) oder Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) eine moderate Energiedichte. Die typische Kapazität von LiMn₂O₄ liegt im Bereich von 120-130 mAh/g. Spannungsbereich: LiMn₂O₄ arbeitet in einem Spannungsfenster von ca. 3,0–4,2 V, ähnlich wie viele andere Lithium-Ionen-Kathoden. Lebensdauer: LiMn₂O₄ hat eine gute Lebensdauer und gilt im Allgemeinen als stabil über viele Lade-/Entladezyklen hinweg, bei minimaler Verschlechterung der Kapazität. Thermische Stabilität: Einer der wesentlichen Vorteile von Lithium-Mangan-Oxid ist seine hohe thermische Stabilität, die es im Vergleich zu anderen Materialien wie Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) weniger anfällig für Überhitzung oder thermisches Durchgehen macht. Dies sorgt für mehr Sicherheit, insbesondere bei Anwendungen, bei denen eine hohe Wärmeentwicklung ein Problem darstellt.
Lithium-Ionen-Batterien: LiMn₂O₄ wird häufig in Lithium-Ionen-Batterien für Anwendungen verwendet, die eine moderate Energiedichte und hohe Sicherheit erfordern, wie z. B. Elektrowerkzeuge, Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und medizinische Geräte. Elektrofahrzeuge (EVs): Aufgrund seiner thermischen Stabilität wird Lithium-Manganoxid in bestimmten Elektrofahrzeugen und Elektrobussen verwendet, insbesondere wenn der Fokus auf Sicherheit und Langlebigkeit gegenüber extremer Energiedichte liegt. Energiespeichersysteme (ESS): Lithium-Mangan-Oxid wird in großen Energiespeichersystemen eingesetzt, bei denen Sicherheit, Stabilität und Wirtschaftlichkeit wichtiger sind als die Rohenergiekapazität. Unterhaltungselektronik: Es ist in einigen tragbaren Geräten und wiederaufladbaren Stromquellen enthalten, bei denen eine moderate Energiedichte akzeptabel ist.
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