Analys av elektrisk ledningsförmåga och packningsdensitet för LMFP-material

Med utvecklingen av den nya energiindustrin har litiumjonbatterier gradvis blivit en allmänt använd energilagringsutrustning. Bland dem är litiumjärnfosfatbatteri allmänt gynnat av marknaden på grund av dess goda säkerhetsprestanda, långa livslängd, låga pris, rika råvarureserver och relativt små miljöföroreningar. Däremot begränsar den låga urladdningsspänningsplattformen för litiumjärnfosfat (~3,4V) och låg energitäthet utvecklingen och appliceringen av litiumjärnfosfat. Med litiumjärnfosfat (Li FePO₄) Litiummanganfosfat (LiMnPO) med samma struktur₄) i förhållande till Li⁺Elektrodpotentialen för / Li är 4,1V, mycket högre än LiFePO₄Spänningsplattformen.Litiummanganjärnfosfat (Li Mn_xFe_1-xEFTER₄) Det gjordes i LiMnPO₄På basis av den modifierade järndopningsformen, bildad med litiumjärnfosfat (LiFePO₄) Med samma olivinstruktur, stabila struktur och högspänningsplattform är det ett mycket potentiellt nytt katodmaterial, se figur 1 för litiummanganjärnfosfat (Li Mn)_xFe_1-xEFTER₄) Schematiskt diagram över kristallstrukturen hos^[1].

Figur 1 Litium-mangan järnfosfat (Li Mn_xFe_1-xEFTER₄) Schematiskt diagram över kristallstrukturen hos^[1]

Det rapporteras att genom den första principberäkningen av elektronenerginivån, energigapet för elektronövergång i litiumjärnfosfat (LiFePO₄) är 0,3eV, med halvledaregenskaper, medan energigapet i litiummanganjärnfosfat (Li Mn)_xFe_1-xEFTER₄) är 2eV, vilket är en isolator. För att förbättra den dåliga ledningsförmågan hos litiummanganjärnfosfat(LiMn)_xFe_1-xEFTER₄), litiummanganjärnfosfat (Li Mn_xFe_1-xEFTER₄) material framställs vanligtvis eftersom kol hämmar tillväxten av partiklar och minskar diffusionsavståndet för litiumjoner. Å andra sidan har kol utmärkt ledningsförmåga, vilket bidrar till elektronöverföring och förbättrar materialets elektroniska ledningsförmåga.

Litium mangan järnfosfat (Li Mn_xFe_1-xEFTER₄) Material, konduktiviteten och packningsdensiteten för olika tryckförhållanden. Samtidigt väljs två material med god ledningsförmåga ut för kompressionsprestandatest för att utvärdera deras prestandaskillnader.

1 Testmetod

1.1 PRCD3100 används för ledningsförmåga och packningsdensitet för fem litiummanganfosfater (LMFP-1, LMFP-2, LMFP-3, LMFP-4, LMFP-5) och kompressionsegenskaper hos LMFP-4 och LMFP-5. Två sondlägen används för testutrustningen, som visas i figur 2. Testparametrar: applicera tryckintervall 10-200MPa, intervall 20MPa, håll trycket i 10s;

Figur 2. (a) PRCD3100 utseendediagram; (b) PRCD3100 strukturdiagram

2. Testresultat och analys

I den tidiga utvecklingen av litiummanganjärnfosfat, begränsad av dess låga konduktivitet och multiplikatorprestanda, är kommersialiseringsprocessen långsam. Med framstegen för modifieringsteknologier såsom kolbeläggning, nanoteknik och litiumfyllningsteknik har dess konduktivitet förbättrats i viss mån , och de elektrokemiska egenskaperna hos litiummanganjärnfosfat har förbättrats genom att kontrollera partikelmorfologi, nanokemi och jondopning.

Materialkonduktivitetsutvärdering kan användas som ett effektivt sätt att utvärdera materialets fysikalisk-kemiska egenskaper. Figur 3 visar resistivitetstestresultaten för fem olika litiummanganjärnfosfatmaterial. Från resistivitetstestresultaten är L MFP-4, L MFP-5 elektronkonduktivitetsprover mycket bättre än L MFP-1, L MFP-2 och L MFP-3 prover. Från resultaten av olika material kan materialmodifieringen effektivt förbättra den dåliga ledningsförmågan hos litiummanganjärnfosfatmaterial. Dessutom ökar resistiviteten hos de tre första grupperna av L MFP med ökningen av testtrycket, vilket kan bero på försämringen av partiklarna på grund av deformationen och krossningen.

Figur 3. Resistivitetstestresultat för de fem litiummanganjärnfosfatmaterialen

Materialkomprimeringsdensiteten är nära relaterad till den specifika kapaciteten, effektiviteten, interna motståndet och battericykelprestanda för litiumjonbatterier. Figur 4 visar komprimeringsdensitetstestresultaten för fem litiummanganjärnfosfatmaterial. L MFP-1, L MFP-2 och L MFP-3 komprimeringsdensitet, medan L MFP-4 och L MFP-5 förbättrar komprimeringsdensiteten, krävs den övergripande prestandan för att få bättre total prestanda.

Figur 4. Testresultat av komprimeringsdensitet av de fem litiummanganjärnfosfatmaterialen

Trycktrycks- och avlastningstest av L MFP-4 och LMFP-5, efter tryckförändringskurvan i figur 5 (A), motsvarande materialtjockleksförändring och tjockleksrebound-kurva i figur 5 (A) och (B). När trycket för två LMFP-pulver testades under samma provtagningsmängd, tjockleksreboundmängden för LMFP-5 var större än för LMFP-4-material. Vid cirka 150 MPa stabiliserades gradvis tjockleksrebound-mängden. Vid denna tidpunkt har poren mellan partiklar och partiklar i princip uteslutits, och skillnaden i tjockleksrebound orsakas främst av den elastiska deformationen av partiklarna själva. Samtidigt används figur 5 (D) för att erhålla spänningstöjningen kurva i figur 5 (C) genom kontinuerligt tryck för att hålla provet vid maximalt tryck, som visas i tabell 1, kompressionsdeformationen av LMFP-5 är något större än LMFP-4; från lutningen av stresstöjningskurvan är LMFP-5 större än LMFP-4, vilket indikerar att det är svårare att komprimera, vilket överensstämmer med 5 (A)-testresultatet. Testresultaten ovan kan också visa att LMFP-4 kan uppnå en högre packningsdensitet jämfört med LMFP-5-materialet.

Figur 5. Spännings- och töjningskurvor under kompression och lossning av två LMFP-material

Tabell 1. Sammanfattning av formvariabeldata för de två LMFP-materialen

3. Sammanfattning

Utrustningen för pulvermotstånd och packningsdensitet (PRCD3100) används för att detektera konduktiviteten och packningsdensiteten. Testresultaten visar att konduktiviteten och kompressionstätheten, med olika kompressionsegenskaper, som är nära relaterade till materialstrukturen, ytterligare kan realisera djupare mekanismanalys med SEM och andra testmetoder. denna uppsats kan användas som en effektiv materialfysisk prestandadetekteringsmetod för att hjälpa forskare att snabbt bedöma skillnaden i intermaterialkonduktivitet och packningsdensitet på pulvernivå.

Referensdokumentation

[1] Tfyac E, Ying L, Zf D, et al. Förbättring av cykelstabiliteten och hastighetsförmågan hos LiMn0.5Fe0.5PO4/C nanorod som katodmaterial genom LiAlO2-modifiering.ScienceDirect[J].Journal of Materiomics, 2020, 6 (1):33-44.

[2] Ma Guoxuan, Liu Rui, Liu Hongquan, et al. Studie om katodmaterial belagda med litiummanganjärnfosfat [J]. Journal of Shandong University of Science and Technology: Natural Science Edition, 2020,39 (6): 7 .

[3]Dong DA, Ym A, Mk A, et al. Holey reducerad grafenoxid/kolnanorör/LiMn0.7Fe0.3PO4 kompositkatod för högpresterande litiumbatterier .ScienceDirect[J].Journal of Power Sources, 449.