Analyse de la conductivité électrique et de la densité de compactage du matériau LMFP
Avec le développement de la nouvelle industrie de l'énergie, les batteries lithium-ion sont progressivement devenues un équipement de stockage d'énergie largement utilisé. Parmi elles, la batterie lithium fer phosphate est largement favorisée par le marché en raison de ses bonnes performances de sécurité, de sa longue durée de vie, de son prix bas, De riches réserves de matières premières et une pollution environnementale relativement faible. Cependant, la faible tension de décharge du phosphate de fer au lithium (~ 3,4 V) et la faible densité d'énergie limitent le développement et l'application du phosphate de fer au lithium. Avec le phosphate de fer au lithium (Li FePO4) Phosphate de lithium manganèse (LiMnPO) de même structure4) par rapport à Li+Le potentiel d'électrode de / Li est de 4,1 V, bien supérieur à LiFePO4La plate-forme de tension. Phosphate de fer lithium manganèse (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) Cela a été fait dans le LiMnPO4Sur la base de la forme de dopage au fer modifiée, formée avec du phosphate de fer au lithium (LiFePO4) Avec la même structure d'olivine, une structure stable et une plate-forme haute tension, il s'agit d'un nouveau matériau de cathode très potentiel, voir la figure 1 pour le phosphate de fer lithium manganèse (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) Schéma de principe de la structure cristalline du[1].
Figure 1 Phosphate de fer lithium-manganèse (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) Schéma de principe de la structure cristalline du[1]
Il est rapporté qu'à travers le premier principe de calcul du niveau d'énergie électronique, l'écart énergétique de la transition électronique dans le lithium fer phosphate (LiFePO4) est de 0,3 eV, avec des caractéristiques semi-conductrices, tandis que la bande interdite dans le lithium manganèse fer phosphate (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) est 2eV, qui est un isolant. Afin d'améliorer la mauvaise conductivité du phosphate de fer lithium manganèse (LiMnXFe1 foisAPRÈS4) , phosphate de lithium manganèse fer (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) est généralement préparé parce que le carbone supprime la croissance des particules et réduit la distance de diffusion des ions lithium. D'autre part, le carbone possède une excellente conductivité, ce qui favorise la transmission des électrons et améliore la conductivité électronique du matériau.
Phosphate de fer lithium manganèse (Li MnXFe1 foisAPRÈS4) Matériaux, la conductivité et la densité de compactage de différentes conditions de pression. Dans le même temps, deux matériaux avec une bonne conductivité sont sélectionnés pour un test de performance de compression afin d'évaluer leurs différences de performance.
1 méthode d'essai
1.1 PRCD3100 est utilisé pour la conductivité et la densité de compactage de cinq phosphates de lithium et de manganèse (LMFP-1, LMFP-2, LMFP-3, LMFP-4, LMFP-5) et les propriétés de compression de LMFP-4 et LMFP-5. Deux modes de sonde sont utilisés pour l'équipement de test, comme le montre la figure 2. Paramètres de test : appliquer une plage de pression de 10 à 200 MPa, intervalle de 20 MPa, maintenir la pression pendant 10 s ;
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Figure 2. (a) Diagramme d'apparence du PRCD3100 ; (b) Schéma de structure du PRCD3100
2. Résultats des tests et analyse
Au début du développement du phosphate de fer et de manganèse au lithium, limité par sa faible conductivité et ses performances multiplicatrices, le processus de commercialisation est lent. Avec les progrès des technologies de modification telles que le revêtement de carbone, la nanotechnologie et la technologie de remplissage au lithium, sa conductivité a été améliorée dans une certaine mesure. , et les propriétés électrochimiques du phosphate de fer lithium manganèse ont été améliorées en contrôlant la morphologie des particules, la nanochimie et le dopage ionique.
L'évaluation de la conductivité des matériaux peut être utilisée comme un moyen efficace d'évaluer les propriétés physicochimiques des matériaux. D'après les résultats des tests de résistivité, les échantillons de conductivité électronique L MFP-4, L MFP-5 sont bien meilleurs que les échantillons L MFP-1, L MFP-2 et L MFP-3. D'après les résultats de différents matériaux, la modification du matériau peut améliorer efficacement la mauvaise conductivité des matériaux au lithium manganèse fer phosphate. De plus, la résistivité des trois premiers groupes de L MFP augmente avec l'augmentation de la pression d'essai, ce qui peut être dû à la détérioration des particules due à la déformation et à l'écrasement.
Figure 3. Résultats des tests de résistivité des cinq matériaux lithium manganèse fer phosphate
La densité de compactage du matériau est étroitement liée à la capacité spécifique, à l'efficacité, à la résistance interne et aux performances du cycle de batterie de la batterie lithium-ion. La densité de compactage L MFP-1, L MFP-2 et L MFP-3, tandis que L MFP-4 et L MFP-5 améliorent la densité de compactage, la performance globale est requise pour obtenir une meilleure performance globale.
Figure 4. Résultats des tests de densité de compactage des cinq matériaux de phosphate de fer et de manganèse au lithium
Test de pression et de décharge de L MFP-4 et LMFP-5, suivant la courbe de changement de pression de la figure 5 (A), le changement d'épaisseur de matériau correspondant et la courbe de rebond d'épaisseur de la figure 5 (A) et (B). Lorsque la pression de deux Les poudres LMFP ont été testées sous la même quantité d'échantillonnage, la quantité de rebond d'épaisseur de LMFP-5 était supérieure à celle du matériau LMFP-4. À environ 150 MPa, la quantité de rebond d'épaisseur s'est progressivement stabilisée. À ce stade, le pore entre les particules et les particules a été fondamentalement exclu et la différence de rebond d'épaisseur est principalement causée par la déformation élastique des particules elles-mêmes. En même temps, la figure 5 (D) est utilisée pour obtenir la déformation de contrainte courbe de la figure 5 (C) par pression continue pour maintenir l'échantillon à la pression maximale, comme indiqué dans le tableau 1, la déformation de compression de LMFP-5 est légèrement plus grande que LMFP-4 ; à partir de la pente de la courbe de contrainte, LMFP-5 est plus grand que LMFP-4, indiquant qu'il est plus difficile à compresser, ce qui est cohérent avec le résultat du test en mode 5 (A). Les résultats du test ci-dessus peuvent également montrer que le Le LMFP-4 peut atteindre une densité de compactage plus élevée que le matériau LMFP-5.
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Figure 5. Courbes de contrainte et de déformation lors de la compression et du déchargement de deux matériaux LMFP
Tableau 1. Résumé des données variables de forme pour les deux matériaux LMFP
3. Résumé
L'équipement de résistance à la poudre et de densité de compactage (PRCD3100) est utilisé pour détecter la conductivité et la densité de compactage. Les résultats des tests montrent que la conductivité et la densité de compression, avec différentes propriétés de compression, qui sont étroitement liées à la structure du matériau, peuvent en outre réaliser une analyse de mécanisme plus approfondie avec SEM et d'autres méthodes de test. Les méthodes de détection de résistivité, de densité de compactage et de performance de compression mentionnées dans ce document peut être utilisé comme une méthode efficace de détection des performances physiques des matériaux pour aider les chercheurs à évaluer rapidement la différence de conductivité inter-matériaux et de densité de compactage au niveau de la poudre.
Documents de référence
[1] Tfyac E, Ying L, Zf D, et al.Amélioration de la stabilité du cycle et de la capacité de vitesse des nanotiges LiMn0.5Fe0.5PO4/C en tant que matériaux de cathode par modification LiAlO2.ScienceDirect[J].Journal of Materiomics, 2020, 6 (1):33-44.
[2] Ma Guoxuan, Liu Rui, Liu Hongquan, et al.Étude sur les matériaux cathodiques recouverts de phosphate de fer et de manganèse au lithium [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 a réduit la cathode composite d'oxyde de graphène/nanotube de carbone/LiMn0.7Fe0.3PO4 pour les batteries au lithium hautes performances. ScienceDirect[J].Journal of Power Sources, 449.