Pin Lithium-ion đã tồn tại một chặng đường dài từ khi được phát minh vào những năm 1970 cho đến nay. Nhiều giai đoạn nghiên cứu phát triển đã tạo ra các loại pin Lithium-ion có thành phần khác nhau, với các đặc điểm và tính chất riêng. Theo đó, có sáu loại pin Lithium-ion chính là:

● Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 hoặc LFP)

● Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2 hoặc LCO)

● Lithium Mangan Oxide (LiMn2O4 hoặc LMO)

● Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (LiNixMnyCozO2 hoặc NMC)

● Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (LiNiCoAlO2 hoặc NCA)

● Lithium Titanate (Li2TiO3 hoặc LTO)

Chúng ta sẽ xem xét sự khác nhau của sáu loại pin lithium này theo các yếu tố: Năng lượng riêng, công suất riêng, độ an toàn, hiệu suất, tuổi thọ, chi phí.

1. Lithium Iron Phosphate (LFP)

Pin Lithium Iron Phosphate (LFP) sử dụng phosphate làm vật liệu cathode và carbon graphic làm anode. Các ô pin LFP có điện áp danh định 3,2V, do đó, kết nối bốn ô pin này theo chuỗi sẽ tạo ra pin 12,8V. Điều này khiến pin LFP trở thành loại pin lithium phổ biến để thay thế pin axit chì chu kỳ sâu.

● Ưu điểm:

Pin LFP có ưu điểm như độ bền, tuổi thọ và an toàn, khiến chúng là một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho các ứng dụng đòi hỏi lượng điện năng lớn. Pin LFP thường có tuổi thọ từ 2.000 chu kỳ sạc trở lên tùy thuộc trạng thái sạc và xả. Độ xả sâu ít có tác động đến tuổi thọ pin LFP, nghĩa là khi pin cạn kiệt, hiệu suất không bị ảnh hưởng, không giống như các cấu hình pin lithium khác.

Vật liệu sử dụng trong pin LFP có điện trở thấp, khiến chúng an toàn và có độ ổn định cao. Với việc không có cobalt cũng làm giảm giá thành sản xuất. Điều này khiến nó trở thành một trong những lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất trên thị trường.

● Nhược điểm:

Năng lượng riêng của pin LFP tương đối thấp. Hiệu suất của chúng cũng có thể giảm ở nhiệt độ thấp. Kết hợp năng lượng riêng thấp và hiệu suất giảm ở nhiệt độ thấp, có nghĩa là pin LFP không phù hợp với một số ứng dụng khởi động cao.

2. Lithium Cobalt Oxide (LCO)

Pin Lithium Cobalt Oxide (LCO) điện áp danh định là 3,7V, năng lượng riêng cao (mật độ năng lượng 150 - 180 Wh/kg) nhưng công suất riêng thấp. Điều này có nghĩa là chúng có thể cung cấp điện trong thời gian dài nhưng không hoạt động tốt trong các ứng dụng tải cao.

Pin LCO sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy ảnh kỹ thuật số và nhiều thiết bị điện tử khác. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi chúng là loại pin lithium phổ biến nhất. Tuy nhiên, chúng đang mất dần sự phổ biến so với các loại pin lithium khác do chi phí cobalt cao và lo ngại về vấn đề an toàn.

● Ưu điểm:

Ưu điểm chính của pin LCO là năng lượng riêng cao. Điều này cho phép chúng cung cấp điện trong thời gian tương đối dài trong các ứng dụng tải thấp.

● Nhược điểm:

Pin LCO có tuổi thọ tương đối ngắn, từ 500 - 1.000 chu kỳ sạc. Ngoài ra, cobalt khá đắt. Pin đắt tiền nhưng không dùng được lâu thì không hiệu quả về mặt chi phí. Pin LCO cũng có độ ổn định nhiệt thấp, dễ làm pin quá nhiệt, làm tăng nguy cơ mất kiểm soát nhiệt.

3. Lithium Mangan Oxide (LMO)

Pin Lithium Mangan Oxide (LMO) sử dụng lithium mangan oxide làm vật liệu cathode. Hóa chất này tạo ra cấu trúc ba chiều giúp cải thiện dòng ion, giảm điện trở bên trong, tăng khả năng xử lý dòng điện, đồng thời cải thiện độ ổn định nhiệt và độ an toàn.

Pin LMO có điện áp danh định 3,9V, mật độ năng lượng 100 - 150 Wh/kg, độ ổn định nhiệt và tốc độ tự xả thấp khiến nó trở thành lựa chọn an toàn cho các ứng dụng công suất lớn, thường được thấy trong các dụng cụ điện cầm tay, dụng cụ y tế, một số loại xe hybrid, xe điện.

● Ưu điểm:

Pin LMO sạc nhanh, công suất riêng cao, nghĩa là chúng có thể cung cấp dòng điện cao hơn pin LCO. Chúng cũng có độ ổn định nhiệt tốt hơn pin LCO, tức là hoạt động an toàn ở nhiệt độ cao hơn. Pin LMO cũng có giá thành sản xuất rẻ và mangan oxide là kim loại không độc hại, có nhiều trong đất, không giống như cobalt.

● Nhược điểm:

Nhược điểm chính của pin LMO là tuổi thọ ngắn. Thông thường, pin LMO có 300 - 700 chu kỳ sạc, ít hơn đáng kể so với các loại pin lithium khác.

4. Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (NMC)

Pin Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (NMC) kết hợp ba nguyên tố chính sử dụng trong cathode: nickel, mangan và cobalt. Sự kết hợp chúng tạo ra phản ứng hóa học ổn định với năng lượng riêng cao trong khi vẫn đảm bảo độ an toàn và hiệu suất tốt.

Pin NMC có một số loại cấu hình với các lượng khác nhau. Ví dụ, NMC111 gồm một phần ba nickel, mangan, cobalt ở mỗi loại; NMC 532 gồm 50% nickel, 30% mangan và 20% cobalt; các cấu hình khác là NMC811 và NMC622. Cobalt ngày càng đắt đỏ và khó tìm nguồn cung ứng bền vững, nên xu hướng toàn cầu là sử dụng ít cobalt hơn hoặc không sử dụng cobalt nếu có thể.

● Ưu điểm:

Pin NMC có điện áp danh định 3,6V, tuổi thọ khoảng 2.000 chu kỳ sạc, mật độ năng lượng cao (150 - 220 Wh/kg), khiến pin này lý tưởng cho nhiều loại xe điện khác nhau. Pin NMC có chi phí sản xuất thấp hơn so với pin gốc cobalt. Chúng cũng có độ ổn định nhiệt tốt hơn các pin lithium khác, khiến chúng an toàn hơn về tổng thể.

● Nhược điểm:

Nhược điểm chính của pin NMC là có điện áp thấp hơn một chút so với pin gốc cobalt.

5. Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA)

Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA) có năng lượng riêng cao (mật độ năng lượng 200 - 260 Wh/kg), công suất riêng khá, điện áp danh định 3,6V. Sự kết hợp này khiến chúng cung cấp dòng điện tương đối cao trong thời gian dài. Khả năng hoạt động trong các ứng dụng tải cao với tuổi thọ pin dài khiến pin NCA phổ biến trên nhiều dòng xe điện.

● Ưu điểm:

Ưu điểm lớn nhất của pin NCA là năng lượng riêng cao và tuổi thọ cao, hơn 2.000 chu kỳ sạc.

● Nhược điểm:

Lượng nickel cao hơn cung cấp năng lượng riêng cao nhưng làm cho các tế bào pin kém ổn định hơn. Do đó, an toàn là vấn đề cần lưu ý đối với pin NCA.

6. Lithium Titanate (LTO)

Pin Lithium Titanate (LTO) thay thế than chì ở anode bằng lithium titanate và sử dụng LMO hoặc NMC làm cathode. Kết quả này cho ra loại pin cực kỳ an toàn với tuổi thọ cao và sạc nhanh hơn bất kỳ loại pin lithium nào khác. Nhiều ứng dụng sử dụng pin LTO như xe điện, lưu trữ năng lượng gió và năng lượng mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời,…

● Ưu điểm:

Pin LTO có ưu điểm sạc nhanh, nhiệt độ hoạt động cực rộng, tuổi thọ cao (khoảng 15.000 chu kỳ sạc) và độ an toàn tuyệt vời do tính ổn định của chúng.

● Nhược điểm:

Pin LTO có mật độ năng lượng thấp, nghĩa là lưu trữ lượng năng lượng thấp hơn so với trọng lượng của chúng khi so sánh với một số công nghệ pin lithium khác. Ngoài ra, chi phí sản xuất pin LTO khá đắt.