Анализ электропроводности и плотности уплотнения материала ЛМФП

С развитием новой энергетической отрасли литий-ионные батареи постепенно стали широко используемым оборудованием для накопления энергии. Среди них литий-железо-фосфатные батареи пользуются большим спросом на рынке из-за их хороших показателей безопасности, длительного срока службы, низкой цены, богатые запасы сырья и относительно небольшое загрязнение окружающей среды. Однако платформа с низким напряжением разряда фосфата лития-железа (~ 3,4 В) и низкая плотность энергии ограничивают разработку и применение фосфата лития-железа. С фосфатом лития-железа (Ли FePO ₄) Фосфат марганца лития (LiMnPO ) с той же структурой₄) относительно Ли⁺Электродный потенциал / Ли составляет 4,1 В, что намного выше, чем у LiFePO .₄Платформа напряжения. Литий-марганцевый фосфат железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) Делалось в ЛиМнПО₄На основе модифицированной легирующей формы железа, образованной фосфатом лития-железа (LiFePO ₄) Обладая той же структурой оливина, стабильной структурой и высоковольтной платформой, это очень потенциальный новый катодный материал, см. Рисунок 1 для литий-марганцевого фосфата железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) Схематическая диаграмма кристаллической структуры^[1].

Рисунок 1 Литий-марганцевый фосфат железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) Схематическая диаграмма кристаллической структуры^[1]

Сообщается, что с помощью расчета уровня энергии электрона по первому принципу энергетическая щель электронного перехода в фосфате лития-железа (LiFePO ₄) составляет 0,3 эВ с полупроводниковыми характеристиками, а энергетическая щель в литий-марганцевом фосфате железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) составляет 2 эВ, что является изолятором. Чтобы улучшить плохую проводимость литий-марганцевого фосфата железа (LiMn _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄), литий-марганцевый фосфат железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) материал обычно готовят, потому что углерод подавляет рост частиц и уменьшает расстояние диффузии ионов лития. С другой стороны, углерод обладает отличной проводимостью, что способствует передаче электронов и улучшает электронную проводимость материала.

Литий-марганцевый фосфат железа (Ли Мн _ИксFe _1-хПОСЛЕ₄) Материалы, проводимость и плотность уплотнения различных условий давления. В то же время два материала с хорошей проводимостью выбираются для испытания на сжатие, чтобы оценить различия в их характеристиках.

1 метод испытаний

1.1 PRCD3100 используется для определения проводимости и плотности уплотнения пятилитий-марганцевого фосфата (ЛМФП -1, ЛМФП -2, ЛМФП -3, ЛМФП -4, ЛМФП -5), а также свойств сжатия ЛМФП -4 и ЛМФП -5. Для испытательного оборудования используются два режима зонда, как показано на рисунке 2. Параметры испытаний: приложить диапазон давления 10-200 МПа, интервал 20 МПа, удерживать давление в течение 10 с;

Рис. 2. (а) схема внешнего вида PRCD3100 ; (б) Структурная схема PRCD3100

2. Результаты испытаний и анализ

На ранних этапах разработки фосфата лития-марганца-железа, ограниченного его низкой проводимостью и множительной характеристикой, процесс коммерциализации идет медленно. С развитием технологий модификации, таких как углеродное покрытие, нанотехнологии и технология наполнения литием, его проводимость была в некоторой степени улучшена. , а электрохимические свойства литий-марганцевого фосфата железа были улучшены за счет контроля морфологии частиц, нанохимии и ионного легирования.

Оценка проводимости материала может использоваться как эффективный способ оценки физико-химических свойств материала. На рис. 3 показаны результаты испытаний удельного сопротивления пяти различных литий-марганцево-железо-фосфатных материалов. По результатам испытаний удельного сопротивления образцы с электронной проводимостью L МФУ -4, L МФУ -5 намного лучше, чем образцы L МФУ -1, L МФУ -2 и L МФУ -3. Исходя из результатов различных материалов, модификация материала может эффективно улучшить плохую проводимость литий-марганцево-железо-фосфатных материалов. Кроме того, удельное сопротивление первых трех групп L МФУ увеличивается с увеличением испытательного давления, что может быть связано с износ частиц вследствие деформации и дробления.

Рис. 3. Результаты испытания удельного сопротивления пяти литий-марганцево-железо-фосфатных материалов.

Плотность уплотнения материала тесно связана с удельной емкостью, эффективностью, внутренним сопротивлением и рабочим циклом литий-ионного аккумулятора. На рис. 4 показаны результаты испытаний на плотность уплотнения пяти литий-марганцево-железо-фосфатных материалов. L МФУ -1, L МФУ -2 и L МФУ -3 плотность уплотнения, в то время как L МФУ -4 и L МФУ -5 улучшают плотность уплотнения, общая производительность требуется для получения лучшей общей производительности.

Рисунок 4. Результаты испытаний на плотность уплотнения пяти литий-марганцево-железо-фосфатных материалов.

Испытание на давление и сброс давления L МФУ -4 и ЛМФП -5, следуя кривой изменения давления на рисунке 5 (A), соответствующей кривой изменения толщины материала и кривой отскока толщины на рисунке 5 (A) и (B). Когда давление двух Порошки ЛМФП были испытаны при одном и том же количестве образцов, величина отскока по толщине у ЛМФП -5 была больше, чем у материала ЛМФП -4. Примерно при 150 МПа величина отскока по толщине постепенно стабилизировалась. В настоящее время поры между частицами и частицами в основном исключены, а разница в толщине отскока в основном вызвана упругой деформацией самих частиц. В то же время рисунок 5 (D) используется для получения деформации напряжения кривой на рисунке 5 (C) при постоянном давлении, чтобы поддерживать максимальное давление образца, как показано в таблице 1, деформация сжатия ЛМФП-5 несколько больше, чем у ЛМФП-4; Судя по наклону кривой напряжения-деформации, ЛМФП -5 больше, чем ЛМФП -4, что указывает на то, что его труднее сжать, что согласуется с результатами испытаний в режиме 5 (A). Приведенные выше результаты испытаний также могут показать, что ЛМФП -4 позволяет достичь более высокой плотности уплотнения по сравнению с материалом ЛМФП -5.

Рис. 5. Кривые напряжения и деформации при сжатии и разгрузке двух материалов ЛМФП .

Таблица 1. Сводка данных переменных формы для двух материалов ЛМФП

3. Резюме

Оборудование для измерения сопротивления порошка и плотности уплотнения (PRCD3100 ) используется для определения проводимости и плотности уплотнения. Результаты испытаний показывают, что проводимость и плотность сжатия с различными свойствами сжатия, которые тесно связаны со структурой материала, могут дополнительно реализовать более глубокий анализ механизма с помощью СЭМ и других методов испытаний. Методы определения удельного сопротивления, плотности уплотнения и характеристик сжатия, упомянутые в эта статья может быть использована в качестве эффективного метода определения физических характеристик материала, чтобы помочь исследователям быстро оценить разницу в межматериальной проводимости и плотности уплотнения на уровне порошка.

Справочная документация

[1] Тфьяк E, Ин L, Zf D, эт все . Повышение циклической стабильности и скорости наностержней LiMn0 ,5Fe0,5PO4/C в качестве катодных материалов путем модификации LiAlO2 . НаукаПрямой [J].Журнал из Материомика , 2020, 6 (1):33-44.

[2] Ма Госуань , Лю Руи , Лю Хунцюань и др. Исследование катодных материалов, покрытых литий-марганцевым фосфатом железа [J]. Журнал из Шаньдун Университет из Наука и Технологии : Естественный Наука Версия , 2020, 39 (6): 7 .

[3] Донг Д.А. , Юм A, Мк A и др. Композитный катод из восстановленного оксида графена/углеродных нанотрубок/LiMn0 ,7Fe0,3PO4 для высокопроизводительных литиевых батарей. НаукаПрямой [J]. Журнал из Власть Источники , 449.