Pin lithium-ion an toàn nhất – Pin lithium titan LTO

Ứng cử viên nặng ký nhất cho ngôi “Pin lithium-ion an toàn nhất hiện nay” là một cái tên khá xa lạ LTO hay còn gọi là Lithium Titanate Oxide. Anode có pha titan làm cho loại pin này cực kỳ ổn định về điện áp, có khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt một cách xuất sắc.

Vị trí thứ hai thuộc về LFP (Lithium Iron Phosphate – LiFePO4), tiếp theo là các cell NMC (Niken Mangan Cobalt Oxide) vì nó có cấu trúc ổn định hơn và bền với nhiệt.

Cấu tạo của pin LTO

• Anode: lithium titanate
• Cathode: Lithium cobalt ô xít, hoặc vật liệu tương tự
• Màng phân cách: thường là ceramic
• Chất điện phân: muối LiPF6 trong dung môi hòa tan EC:DMC tỷ lệ 3:7; có thể dạng lỏng hoặc cứng.

Việc loại bỏ hoàn toàn graphite trong cấu trúc giúp tăng độ dẫn điện ở anode, giúp LTO có thể sạc xả nhanh chóng, và giảm thiểu rủi ro hình thành nhánh hình cây dendrite như các loại pin li-ion thông thường khác, loại bỏ nguy cơ ngắn mạch trong.

Các đặc tính ưu việt của pin lithium titan LTO

Pin lithium không cháy

Pin lithium titan LTO không cháy khi bị chọc thủng bằng kim loại, bị đập, không ngắn mạch, và không có hiện tượng thermal runaway. (khi bị lạm dụng, các cell này có thể nóng lên và giải phóng một số chất lỏng nhưng nhiệt sinh ra không lớn và không tự sinh ô xy, đám cháy dễ dàng kiểm soát được)

Pin LTO không cháy khi bị sạc quá mức.

Pin lithium có dòng đời dài nhất

LTO có vòng đời dài nhất trong các loại pin lithium: tới 30.000 lần sạc xả, có thể phục vụ tới 20-30 năm. Pin LTO hoạt động ổn định trong suốt vòng đời.

Đồ thị dung lượng và vòng đời của pin lithium titan LTO 

Pin lithium hoạt động được ở nhiệt độ cực lạnh

Pin LTO hoạt động được trong khoảng nhiệt cực nóng, cực lanh: -60°C

 

Điểm trừ:

LTO có giá thành đắt đỏ và năng lượng riêng thấp.

Mặc dù có nhiều ưu điểm, pin LTO vẫn có một số nhược điểm, đặc biệt là mật độ năng lượng thấp hơn và chi phí cao hơn. Chi phí sản xuất pin LTO tương đối cao, một phần là do các yêu cầu kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt trong quá trình sản xuất. Trung bình, chi phí khoảng 1,6 USD / watt-giờ, cao hơn đáng kể so với pin lithium sắt phosphate (LFP), có giá khoảng 0,4 USD / Wh.

 

Bảng So sánh pin LTO và LFP

Tiêu chí	LTO		LFP
Độ an toàn		>
Năng lượng riêng (Wh/kg)	42	<	120
Điện áp (V)	2	<	3.2
Chi phí (USD/WH)	1.6	>	0.4
Vòng đời	30,000	>	2,000

 

Pin LFP (Lithium Iron Phosphate) không thể sánh được với độ bền và độ an toàn của LTO. Mặc dù được đánh giá là cell tương đối an toàn trên thị trường, nhưng nếu cell LIFEPO4 bị lạm dụng như đâm chọc, quá nhiệt, chập điện, chúng vẫn nhả khí, biến dạng và vẫn có nguy cơ cháy nổ từ hiện tượng thermal runaway – xả khí cùng ngọn lửa.

LFP được sử dụng như một giải pháp trung gian tốt giữa tính an toàn và dung lượng. Bạn thường thấy các cell LFP được sử dụng trong pin lưu trữ hoặc xe điện EV.

Kết luận

• Pin LTO (Lithium Titanate) không chứa carbon, giúp giảm đáng kể nguy cơ mất kiểm soát nhiệt hoặc quá nhiệt. Khả năng chịu đựng cao của chúng đối với phạm vi nhiệt độ rộng cũng góp phần vào hoạt động an toàn của chúng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Chúng cung cấp mật độ năng lượng kém, vì vậy cần nhiều cell lớn để tạo thành một khối pin.
• Pin LFP (Lithium Iron Phosphate) mang lại sự cân bằng giữa mật độ năng lượng và độ an toàn. Chúng có cấu trúc hóa học ổn định giúp giảm quá nhiệt và khả năng chịu quá tải, loại bỏ cô-ban, một vật liệu nhạy cảm với nhiều tranh cãi liên quan đến vấn đề an toàn khi khai thác và đạo đức kinh doanh. Chúng có mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với pin LTO nhưng nguy hiểm hơn một chút khi sử dụng.
• Pin NMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide) loại pin phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, có mật độ năng lượng cao nhưng có nguy cơ cháy nổ  do sự hiện diện của niken, có thể xúc tác phản ứng oxy hóa. Các cell này cung cấp mật độ năng lượng tuyệt đối cao nhất, do đó chúng cần thiết cho các khối pin nhỏ gọn, dung lượng cao, dòng điện cao.