Análisis de Conductividad Eléctrica y Densidad de Compactación de Material LMFP
Con el desarrollo de la nueva industria de la energía, las baterías de iones de litio se han convertido gradualmente en un equipo de almacenamiento de energía ampliamente utilizado. ricas reservas de materia prima y contaminación ambiental relativamente pequeña. Sin embargo, la plataforma de bajo voltaje de descarga de fosfato de hierro y litio (~ 3.4V) y la baja densidad de energía limitan el desarrollo y la aplicación de fosfato de hierro y litio. Con fosfato de hierro y litio (Li FePO4) Fosfato de manganeso de litio (LiMnPO) con la misma estructura4) relativo a Li+El potencial de electrodo de / Li es 4.1V, mucho más alto que LiFePO4La plataforma de voltaje. Fosfato de hierro de manganeso de litio (Li MnXFe1xDESPUÉS4) Fue hecho en el LiMnPO4Sobre la base de la forma de dopaje de hierro modificada, formada con fosfato de hierro y litio (LiFePO4) Con la misma estructura de olivino, estructura estable y plataforma de alto voltaje, es un nuevo material de cátodo con mucho potencial, consulte la Figura 1 para el fosfato de litio, manganeso y hierro (Li MnXFe1xDESPUÉS4) Diagrama esquemático de la estructura cristalina del[1].
Figura 1 Fosfato de hierro de litio-manganeso (Li MnXFe1xDESPUÉS4) Diagrama esquemático de la estructura cristalina del[1]
Se informa que a través del cálculo del primer principio del nivel de energía de los electrones, la brecha de energía de la transición de electrones en el fosfato de hierro y litio (LiFePO4) es de 0.3eV, con características semiconductoras, mientras que la brecha de energía en el fosfato de litio manganeso hierro (Li MnXFe1xDESPUÉS4) es 2eV, que es un aislante. Para mejorar la mala conductividad del fosfato de hierro y manganeso de litio (LiMnXFe1xDESPUÉS4), fosfato de litio manganeso hierro (Li MnXFe1xDESPUÉS4) el material generalmente se prepara porque el carbono suprime el crecimiento de partículas y reduce la distancia de difusión de los iones de litio. Por otro lado, el carbono tiene una excelente conductividad, lo que favorece la transmisión de electrones y mejora la conductividad electrónica del material.
Fosfato de litio, manganeso y hierro (Li MnXFe1xDESPUÉS4) Materiales, la conductividad y la densidad de compactación de diferentes condiciones de presión. Al mismo tiempo, se seleccionan dos materiales con buena conductividad para la prueba de rendimiento de compresión para evaluar sus diferencias de rendimiento.
1 método de prueba
1.1 PRCD3100 se utiliza para la conductividad y la densidad de compactación de cinco fosfatos de litio y manganeso (LMFP-1, LMFP-2, LMFP-3, LMFP-4, LMFP-5) y las propiedades de compresión de LMFP-4 y LMFP-5. Se utilizan dos modos de sonda para el equipo de prueba, como se muestra en la Figura 2. Parámetros de prueba: aplique un rango de presión de 10-200 MPa, intervalo de 20 MPa, mantenga la presión durante 10 s;
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Figura 2. (a) Diagrama de apariencia del PRCD3100; (b) diagrama de estructura PRCD3100
2. Resultados de la prueba y análisis
En el desarrollo temprano del fosfato de hierro y manganeso de litio, limitado por su baja conductividad y rendimiento multiplicador, el proceso de comercialización es lento. Con el progreso de las tecnologías de modificación, como el recubrimiento de carbono, la nanotecnología y la tecnología de relleno de litio, su conductividad se ha mejorado hasta cierto punto. , y las propiedades electroquímicas del fosfato de hierro y manganeso de litio se han mejorado mediante el control de la morfología de las partículas, la nanoquímica y el dopaje de iones.
La evaluación de la conductividad del material se puede utilizar como una forma eficaz de evaluar las propiedades fisicoquímicas del material. La Figura 3 muestra los resultados de la prueba de resistividad de cinco materiales diferentes de fosfato de litio, manganeso y hierro. A partir de los resultados de la prueba de resistividad, las muestras de conductividad electrónica L MFP-4, L MFP-5 son mucho mejores que las muestras L MFP-1, L MFP-2 y L MFP-3. A partir de los resultados de diferentes materiales, la modificación del material puede mejorar efectivamente la mala conductividad de los materiales de fosfato de hierro y manganeso de litio. Además, la resistividad de los primeros tres grupos de L MFP aumenta con el aumento de la presión de prueba, lo que puede deberse a el deterioro de las partículas debido a la deformación y trituración.
Figura 3. Resultados de la prueba de resistividad de los cinco materiales de fosfato de hierro, manganeso y litio
La densidad de compactación del material está estrechamente relacionada con la capacidad específica, la eficiencia, la resistencia interna y el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio. La Figura 4 muestra los resultados de la prueba de densidad de compactación de cinco materiales de fosfato de hierro y manganeso de litio. L MFP-1, L MFP-2 y L MFP-3 densidad de compactación, mientras que L MFP-4 y L MFP-5 mejoran la densidad de compactación, se requiere el rendimiento general para obtener un mejor rendimiento general.
Figura 4. Resultados de la prueba de densidad de compactación de los cinco materiales de fosfato de hierro, manganeso y litio
Prueba de presión y alivio de presión de L MFP-4 y LMFP-5, siguiendo la curva de cambio de presión en la Figura 5 (A), el cambio de espesor del material correspondiente y la curva de rebote del espesor en la Figura 5 (A) y (B). Cuando la presión de dos Los polvos LMFP se probaron con la misma cantidad de muestra, la cantidad de rebote del espesor de LMFP-5 fue mayor que la del material LMFP-4. Aproximadamente a 150 MPa, la cantidad de rebote del espesor se estabilizó gradualmente. En este momento, el poro entre partículas y partículas se ha excluido básicamente, y la diferencia en el rebote del espesor se debe principalmente a la deformación elástica de las propias partículas. Al mismo tiempo, la Figura 5 (D) se utiliza para obtener la deformación por tensión. curva en la Figura 5 (C) por presión continua para mantener la muestra a la presión máxima, como se muestra en la Tabla 1, la deformación por compresión de LMFP-5 es ligeramente mayor que la de LMFP-4; a partir de la pendiente de la curva de deformación por tensión, LMFP-5 es más grande que LMFP-4, lo que indica que es más difícil de comprimir, lo que es consistente con el resultado de la prueba del modo 5 (A). Los resultados de la prueba anterior también pueden mostrar que el LMFP-4 puede lograr una mayor densidad de compactación en comparación con el material LMFP-5.
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Figura 5. Curvas de tensión y deformación durante la compresión y descarga de dos materiales LMFP
Tabla 1. Resumen de datos de variables de forma para los dos materiales LMFP
3. Resumen
El equipo de resistencia de polvo y densidad de compactación (PRCD3100) se utiliza para detectar la conductividad y la densidad de compactación. Los resultados de la prueba muestran que la conductividad y la densidad de compresión, con diferentes propiedades de compresión, que están estrechamente relacionadas con la estructura del material, pueden realizar un análisis de mecanismo más profundo con SEM y otros métodos de prueba. Los métodos de detección de resistividad, densidad de compactación y rendimiento de compresión mencionados en este documento se puede utilizar como un método eficaz de detección del rendimiento físico del material para ayudar a los investigadores a evaluar rápidamente la diferencia en la conductividad entre materiales y la densidad de compactación a nivel de polvo.
Documentación de referencia
[1] Tfyac E, Ying L, Zf D, et al. Mejora de la estabilidad de ciclo y la capacidad de velocidad de LiMn0.5Fe0.5PO4/C nanorod como materiales de cátodo mediante la modificación de LiAlO2. ScienceDirect[J].Journal of Materiomics, 2020, 6 (1):33-44.
[2] Ma Guoxuan, Liu Rui, Liu Hongquan, et al.Estudio sobre materiales de cátodo recubiertos con fosfato de litio, manganeso y hierro [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 redujo el óxido de grafeno/nanotubo de carbono/cátodo compuesto LiMn0.7Fe0.3PO4 para baterías de litio de alto rendimiento. ScienceDirect[J].Journal of Power Sources, 449.