Analyse der elektrischen Leitfähigkeit und Verdichtungsdichte von LMFP-Material


Mit der Entwicklung der neuen Energieindustrie haben sich Lithium-Ionen-Batterien nach und nach zu einem weit verbreiteten Stromspeichergerät entwickelt. Unter ihnen sind Lithium-Eisenphosphat-Batterien aufgrund ihrer guten Sicherheitsleistung, langen Lebensdauer und ihres niedrigen Preises auf dem Markt weit verbreitet. Reichhaltige Rohstoffreserven und relativ geringe Umweltverschmutzung. Allerdings schränken die niedrige Lithiumeisenphosphat-Entladespannungsplattform (~3,4 V) und die niedrige Energiedichte die Entwicklung und Anwendung von Lithiumeisenphosphat ein. Mit Lithiumeisenphosphat (Li FePO4) Lithiummanganphosphat (LiMnPO) mit gleicher Struktur4) relativ zu Li+Das Elektrodenpotential von /Li beträgt 4,1 V und ist damit viel höher als bei LiFePO4Die Spannungsplattform.Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li MnXFe1-xNACH4) Es wurde im LiMnPO durchgeführt4Auf Basis der modifizierten Eisendotierungsform, gebildet mit Lithiumeisenphosphat (LiFePO).4) Mit der gleichen Olivinstruktur, stabilen Struktur und Hochspannungsplattform ist es ein sehr potenzielles neues Kathodenmaterial, siehe Abbildung 1 für Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li Mn).XFe1-xNACH4) Schematische Darstellung der Kristallstruktur des[1].

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Abbildung 1 Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li MnXFe1-xNACH4) Schematische Darstellung der Kristallstruktur des[1]


Es wird berichtet, dass durch die erste Prinzipberechnung des Elektronenenergieniveaus die Energielücke des Elektronenübergangs in Lithiumeisenphosphat (LiFePO) ermittelt werden kann4) beträgt 0,3 eV mit Halbleitereigenschaften, während die Energielücke in Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li MnXFe1-xNACH4) beträgt 2eV, was ein Isolator ist. Um die schlechte Leitfähigkeit von Lithium-Mangan-Eisenphosphat (LiMn) zu verbessernXFe1-xNACH4), Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li MnXFe1-xNACH4)-Material wird normalerweise hergestellt, weil Kohlenstoff das Wachstum von Partikeln unterdrückt und die Diffusionsstrecke von Lithiumionen verringert. Andererseits verfügt Kohlenstoff über eine hervorragende Leitfähigkeit, was die Elektronenübertragung begünstigt und die elektronische Leitfähigkeit des Materials verbessert.

Lithium-Mangan-Eisenphosphat (Li MnXFe1-xNACH4) Materialien, die Leitfähigkeit und Verdichtungsdichte verschiedener Druckbedingungen. Gleichzeitig werden zwei Materialien mit guter Leitfähigkeit für den Kompressionsleistungstest ausgewählt, um ihre Leistungsunterschiede zu bewerten.


1 Testmethode

1.1 PRCD3100 wird für die Leitfähigkeit und Verdichtungsdichte von fünf Lithium-Mangan-Phosphaten (LMFP-1, LMFP-2, LMFP-3, LMFP-4, LMFP-5) und die Verdichtungseigenschaften von LMFP-4 und LMFP-5 verwendet. Für die Testausrüstung werden zwei Sondenmodi verwendet, wie in Abbildung 2 dargestellt. Testparameter: Druckbereich 10–200 MPa anwenden, Intervall 20 MPa, Druck 10 Sekunden lang halten;

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Abbildung 2. (a) PRCD3100-Erscheinungsbilddiagramm; (b) PRCD3100-Strukturdiagramm


2. Testergebnisse und Analyse

In der frühen Entwicklung von Lithium-Mangan-Eisenphosphat, das durch seine geringe Leitfähigkeit und Multiplikatorleistung begrenzt ist, verläuft der Kommerzialisierungsprozess langsam. Mit dem Fortschritt von Modifikationstechnologien wie Kohlenstoffbeschichtung, Nanotechnologie und Lithiumfülltechnologie wurde seine Leitfähigkeit bis zu einem gewissen Grad verbessert und die elektrochemischen Eigenschaften von Lithium-Mangan-Eisenphosphat wurden durch die Steuerung der Partikelmorphologie, der Nanochemie und der Ionendotierung verbessert.


Die Bewertung der Materialleitfähigkeit kann als effektive Methode zur Bewertung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Materialien verwendet werden. Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse des Widerstandstests von fünf verschiedenen Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Materialien. Aus den Ergebnissen des Widerstandstests geht hervor, dass die Elektronenleitfähigkeit der Proben L MFP-4 und L MFP-5 viel besser ist als die Proben L MFP-1, L MFP-2 und L MFP-3. Aus den Ergebnissen verschiedener Materialien geht hervor, dass die Materialmodifikation die schlechte Leitfähigkeit von Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Materialien wirksam verbessern kann. Darüber hinaus steigt der spezifische Widerstand der ersten drei Gruppen von L MFP mit der Erhöhung des Testdrucks, was darauf zurückzuführen sein kann die Verschlechterung der Partikel aufgrund der Verformung und Zerkleinerung.

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Abbildung 3. Ergebnisse des Widerstandstests der fünf Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Materialien


Die Materialverdichtungsdichte steht in engem Zusammenhang mit der spezifischen Kapazität, dem Wirkungsgrad, dem Innenwiderstand und der Batteriezyklusleistung von Lithium-Ionen-Batterien. Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse des Verdichtungsdichtetests von fünf Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Materialien. L MFP-1, L MFP-2 und L MFP-3 Verdichtungsdichte, während L MFP-4 und L MFP-5 die Verdichtungsdichte verbessern, ist die Gesamtleistung erforderlich, um eine bessere Gesamtleistung zu erzielen.

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Abbildung 4. Ergebnisse des Verdichtungsdichtetests der fünf Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Materialien


Druck- und Entlastungstest von L MFP-4 und LMFP-5, folgende Druckänderungskurve in Abbildung 5 (A), entsprechende Materialdickenänderungs- und Dickenrückprallkurve in Abbildung 5 (A) und (B). Wenn der Druck von zwei LMFP-Pulver wurden mit der gleichen Probenahmemenge getestet, die Dickenrückprallmenge von LMFP-5 war größer als die von LMFP-4-Material. Bei etwa 150 MPa stabilisierte sich der Dickenrückprallgrad allmählich. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Pore zwischen Partikeln und Partikeln grundsätzlich ausgeschlossen, und der Unterschied im Dickenrückprall wird hauptsächlich durch die elastische Verformung der Partikel selbst verursacht. Gleichzeitig wird Abbildung 5 (D) verwendet, um die Spannungsdehnung zu erhalten Kurve in Abbildung 5 (C) durch kontinuierlichen Druck, um die Probe auf dem maximalen Druck zu halten, wie in Tabelle 1 gezeigt, die Kompressionsverformung von LMFP-5 ist etwas größer als die von LMFP-4; Aus der Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve geht hervor, dass LMFP-5 größer als LMFP-4 ist, was darauf hindeutet, dass es schwieriger zu komprimieren ist, was mit dem Testergebnis im 5 (A)-Modus übereinstimmt. Die obigen Testergebnisse können auch zeigen, dass die Mit LMFP-4 kann im Vergleich zum LMFP-5-Material eine höhere Verdichtungsdichte erreicht werden.

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Abbildung 5. Spannungs- und Dehnungskurven während der Kompression und Entlastung von zwei LMFP-Materialien


Tabelle 1. Zusammenfassung der Formvariablendaten für die beiden LMFP-Materialien

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3. Zusammenfassung


Die Ausrüstung für Pulverwiderstand und Verdichtungsdichte (PRCD3100) dient zur Erfassung der Leitfähigkeit und Verdichtungsdichte. Die Testergebnisse zeigen, dass die Leitfähigkeit und die Kompressionsdichte mit unterschiedlichen Kompressionseigenschaften, die eng mit der Materialstruktur zusammenhängen, mit REM und anderen Testmethoden eine tiefere Mechanismusanalyse ermöglichen können. Die in erwähnten Methoden zur Erkennung von Widerstand, Verdichtungsdichte und Kompressionsleistung Dieses Papier kann als effektive Methode zur Erkennung der physikalischen Leistungsfähigkeit von Materialien verwendet werden, um Forschern dabei zu helfen, den Unterschied in der Leitfähigkeit zwischen Materialien und der Verdichtungsdichte auf Pulverebene schnell zu beurteilen.


Referenzdokumentation


[1] Tfyac E, Ying L, Zf D, et al.Verbesserung der Zyklenstabilität und Geschwindigkeitsfähigkeit von LiMn0,5Fe0,5PO4/C-Nanostäben als Kathodenmaterialien durch LiAlO2-Modifikation.ScienceDirect[J].Journal of Materiomics, 2020, 6 (1):33-44.


[2] Ma Guoxuan, Liu Rui, Liu Hongquan, et al.Studie über mit Lithium-Mangan-Eisenphosphat beschichtete Kathodenmaterialien [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 reduzierte Graphenoxid/Kohlenstoff-Nanoröhrchen/LiMn0,7Fe0,3PO4-Verbundkathode für Hochleistungs-Lithiumbatterien. ScienceDirect[J].Journal of Power Sources, 449.


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