Phân tích độ dẫn điện và mật độ nén của vật liệu LMFP

Với sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng mới, pin lithium-ion dần trở thành thiết bị lưu trữ năng lượng được sử dụng rộng rãi. Trong số đó, pin lithium iron phosphate được thị trường ưa chuộng rộng rãi vì hiệu suất an toàn tốt, tuổi thọ dài, giá thấp, dự trữ nguyên liệu phong phú và ô nhiễm môi trường tương đối nhỏ. Tuy nhiên, nền tảng điện áp phóng điện lithium iron phosphate thấp (~3,4V) và mật độ năng lượng thấp đã hạn chế sự phát triển và ứng dụng của lithium iron phosphate. Với lithium iron phosphate (Li FePO₄) Liti mangan photphat (LiMnPO) có cấu trúc tương tự₄) so với Li⁺Thế điện cực của / Li là 4,1V, cao hơn nhiều so với LiFePO₄Bệ điện áp.Lithium mangan iron phosphate (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) Nó đã được thực hiện trong LiMnPO₄Trên cơ sở dạng pha tạp sắt biến đổi, được hình thành với lithium iron phosphate (LiFePO₄) Với cùng cấu trúc olivin, cấu trúc ổn định và nền tảng điện áp cao, đây là vật liệu catốt mới rất tiềm năng, xem Hình 1 về phốt phát sắt lithium mangan (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) Sơ đồ cấu trúc tinh thể của^[1].

Hình 1 Photphat sắt liti-mangan (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) Sơ đồ cấu trúc tinh thể của^[1]

Được biết, thông qua phép tính nguyên tắc đầu tiên về mức năng lượng điện tử, khoảng cách năng lượng của quá trình chuyển đổi điện tử trong lithium iron phosphate (LiFePO₄) là 0,3eV, với các đặc tính bán dẫn, trong khi khoảng cách năng lượng trong lithium mangan sắt phốt phát (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) là 2eV, là một chất cách điện. Để cải thiện tính dẫn điện kém của photphat sắt lithium mangan (LiMn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄), lithium mangan sắt phốt phát (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) vật liệu thường được điều chế vì cacbon ngăn chặn sự phát triển của các hạt và giảm khoảng cách khuếch tán của các ion liti. Mặt khác, carbon có độ dẫn điện tuyệt vời, có lợi cho việc truyền điện tử và cải thiện độ dẫn điện tử của vật liệu.

Liti mangan sắt photphat (Li Mn_xFe_1-xSAU ĐÓ₄) Vật liệu, độ dẫn điện và mật độ nén của các điều kiện áp suất khác nhau. Đồng thời, hai vật liệu có độ dẫn điện tốt được chọn để kiểm tra hiệu suất nén để đánh giá sự khác biệt về hiệu suất của chúng.

1 phương pháp kiểm tra

1.1 PRCD3100 được sử dụng cho độ dẫn điện và mật độ nén của 5 loại lithium mangan photphat (LMFP-1, LMFP-2, LMFP-3, LMFP-4, LMFP-5) và các đặc tính nén của LMFP-4 và LMFP-5. Hai chế độ đầu dò được sử dụng cho thiết bị kiểm tra, như trong Hình 2. Thông số kiểm tra: áp dụng dải áp suất 10-200MPa, khoảng 20MPa, giữ áp suất trong 10 giây;

Hình 2. (a) Sơ đồ ngoại hình PRCD3100; (b) Sơ đồ cấu trúc PRCD3100

2. Kết quả kiểm tra và phân tích

Trong quá trình phát triển ban đầu của photphat sắt mangan lithium, bị hạn chế bởi tính dẫn điện thấp và hiệu suất hệ số nhân, quá trình thương mại hóa diễn ra chậm. Với sự tiến bộ của các công nghệ sửa đổi như lớp phủ carbon, công nghệ nano và công nghệ làm đầy lithium, độ dẫn điện của nó đã được cải thiện ở một mức độ nào đó và các tính chất điện hóa của lithium mangan sắt phốt phát đã được cải thiện bằng cách kiểm soát hình thái hạt, hóa học nano và pha tạp ion.

Đánh giá độ dẫn điện của vật liệu có thể được sử dụng như một cách hiệu quả để đánh giá các đặc tính hóa lý của vật liệu. Hình 3 cho thấy kết quả kiểm tra điện trở suất của năm vật liệu phốt phát sắt lithium mangan khác nhau. Từ kết quả kiểm tra điện trở suất, các mẫu L MFP-4, L MFP-5 có độ dẫn điện tử tốt hơn nhiều so với các mẫu L MFP-1, L MFP-2 và L MFP-3. Từ kết quả của các vật liệu khác nhau, việc sửa đổi vật liệu có thể cải thiện hiệu quả độ dẫn điện kém của vật liệu phốt phát sắt mangan lithium. Ngoài ra, điện trở suất của ba nhóm L MFP đầu tiên tăng lên khi áp suất thử nghiệm tăng lên, có thể là do sự suy giảm của các hạt do biến dạng và nghiền nát.

Hình 3. Kết quả kiểm tra điện trở suất của năm vật liệu lithium mangan sắt phốt phát

Mật độ nén vật liệu có liên quan mật thiết đến công suất cụ thể, hiệu quả, điện trở trong và hiệu suất chu kỳ pin của pin lithium-ion. Hình 4 cho thấy kết quả kiểm tra mật độ nén của năm vật liệu phốt phát sắt mangan lithium. Mật độ nén L MFP-1, L MFP-2 và L MFP-3, trong khi L MFP-4 và L MFP-5 cải thiện mật độ nén, hiệu suất tổng thể là cần thiết để đạt được hiệu suất tổng thể tốt hơn.

Hình 4. Kết quả kiểm tra mật độ nén của năm vật liệu phốt phát sắt lithium mangan

Thử nghiệm giảm áp suất và áp suất của L MFP-4 và LMFP-5, theo đường cong thay đổi áp suất trong Hình 5 (A), thay đổi độ dày vật liệu tương ứng và đường cong phục hồi độ dày trong Hình 5 (A) và (B). Khi áp suất của hai Bột LMFP đã được thử nghiệm với cùng một lượng lấy mẫu, lượng phục hồi độ dày của LMFP-5 lớn hơn so với vật liệu LMFP-4. Ở khoảng 150MPa, lượng phục hồi độ dày dần dần ổn định. Tại thời điểm này, lỗ rỗng giữa các hạt và các hạt về cơ bản đã được loại trừ và sự khác biệt về độ bật lại của độ dày chủ yếu là do sự biến dạng đàn hồi của chính các hạt gây ra. Đồng thời, Hình 5 (D) được sử dụng để thu được ứng suất biến dạng đường cong trong Hình 5 (C) bằng áp suất liên tục để giữ mẫu ở áp suất tối đa, như trong Bảng 1, biến dạng nén của LMFP-5 lớn hơn một chút so với LMFP-4; từ độ dốc của đường cong ứng suất, LMFP-5 lớn hơn LMFP-4, cho thấy khó nén hơn, phù hợp với kết quả thử nghiệm chế độ 5 (A). Kết quả thử nghiệm ở trên cũng có thể cho thấy rằng LMFP-4 có thể đạt được mật độ nén cao hơn so với vật liệu LMFP-5.

Hình 5. Đường cong ứng suất và biến dạng trong quá trình nén và dỡ hai vật liệu LMFP

Bảng 1. Tóm tắt Dữ liệu Biến đổi Hình dạng cho Hai Vật liệu LMFP

3. Tóm tắt

Thiết bị đo mật độ nén và kháng bột (PRCD3100) được sử dụng để phát hiện mật độ nén và độ dẫn điện. Kết quả thử nghiệm cho thấy độ dẫn điện và mật độ nén, với các đặc tính nén khác nhau, có liên quan chặt chẽ với cấu trúc vật liệu, có thể tiếp tục thực hiện phân tích cơ chế sâu hơn bằng SEM và các phương pháp thử nghiệm khác. Các phương pháp phát hiện điện trở suất, mật độ nén và hiệu suất nén được đề cập trong bài báo này có thể được sử dụng như một phương pháp phát hiện hiệu suất vật lý hiệu quả của vật liệu để giúp các nhà nghiên cứu nhanh chóng đánh giá sự khác biệt về độ dẫn giữa các vật liệu và mật độ nén ở cấp độ bột.

Tài liệu tham khảo

[1] Tfyac E , Ying L, Zf D, et al.Cải thiện độ ổn định chu kỳ và khả năng tốc độ của thanh nano LiMn0.5Fe0.5PO4/C làm vật liệu catốt bằng cách biến đổi LiAlO2.ScienceDirect[J].Journal of Materiomics, 2020, 6 (1):33-44.

[2] Ma Guoxuan, Liu Rui, Liu Hongquan, et al.Nghiên cứu về vật liệu catốt phủ liti mangan sắt phốt phát [J]. Tạp chí của Đại học Khoa học và Công nghệ Sơn Đông: Phiên bản Khoa học Tự nhiên, 2020,39 (6): 7 .

[3]Dong DA, Ym A, Mk A, et al.Holey đã khử cực âm hỗn hợp graphene oxit/ống nano carbon/LiMn0.7Fe0.3PO4 cho pin lithium hiệu suất cao. ScienceDirect[J].Journal of Power Sources, 449.