LFP baterije se odlikuju dobrim performansama ciklusa, ali njihov radni učinak je znatno lošiji od onih kod ternarnih litijumskih baterija. Stoga se poboljšanje performansi LFP baterija može postići fokusiranjem na sirovine i dizajn formulacije.
I. Uska grla u performansama brzine litijum gvožđe fosfata
Litijum gvožđe fosfat (LiFePO₄, LFP), kao jedan od najčešće korišćenih katodnih materijala, pati od slabih performansi brzine zbog dva glavna faktora: prvo, diskontinuirana FeO₆ mreža u strukturi olivina dovodi do niske elektronske provodljivosti (približno 10⁻⁻⁹⁹⁹~10⁰cm); drugo, uski jednodimenzionalni Li⁺ difuzioni kanali rezultiraju sporom brzinom difuzije litijum-jona (približno 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s). Jednostavno rečeno, tokom-punjanja i pražnjenja velikom brzinom, efikasnost transporta elektrona i litijum-jona ne može pratiti trenutnu potražnju, što dovodi do povećane polarizacije i značajnog pada kapaciteta.
U nastavku su navedene strategije poboljšanja od materijala, elektroda, elektrolita do cjelokupnog sistema dizajna.
II. Osnovne strategije poboljšanja
1. Modifikacija materijala katode:
(1) Nanostrukturiranje – Skraćivanje udaljenosti prijenosa:
Smanjenje veličine LFP čestica na nanoskalu može značajno skratiti put difuzije Li⁺ u čvrstoj fazi, smanjujući vrijeme punjenja i pražnjenja. Porozne LFP mikrosfere (sastavljene od nanočestica) kombinuju visoke performanse i veliku zapreminsku gustinu energije, što ih čini poželjnim pravcem koji kombinuje praktičnost i performanse. Međutim, treba napomenuti da čisti nanomaterijali imaju nisku gustoću zbijanja i obično ih je potrebno klasificirati s većim česticama kako bi se uravnotežile performanse brzine i volumetrijska gustoća energije.
(2) Ugljični premaz – Otvaranje elektronskih kanala
Ravnomjerno oblaganje površine LFP čestica provodljivim slojem ugljika je komercijalno najzrelija metoda modifikacije. Ugljični sloj može povećati specifičnu površinu čestica, smanjiti udaljenost migracije Li⁺ i istovremeno izgraditi provodnu mrežu. Uvođenje naprednih karbonskih materijala kao što su ugljične nanocijevi (CNT) i grafen može konstruirati visoko efikasnu provodljivu mrežu iz trodimenzionalne perspektive "tačke-linije-površine" -, dodatno poboljšavajući performanse brzine. Najnoviji patent kompanije Wanrun New Energy smanjuje otpornost praha i ispiranje gvožđa uvođenjem karbida gvožđa (0,7%~3,1% mase) u sloj premaza, postižući istovremeno poboljšanje u kapacitetu, performansama ciklusa i performansama brzine.
(3) Jonski doping – ubrzanje iz unutrašnjosti rešetke
Dopiranje Na⁺ na Li lokacijama može izazvati širenje rešetke i proširiti difuzijske kanale Li⁺; dopiranje Ti⁴⁺ na Fe lokacijama može poboljšati stabilnost rešetke i reverzibilni kapacitet. Istraživačka grupa Lü Wenyan-a sa Tehnološkog univerziteta u Chongqingu koristila je Na-Ti sinergistički doping za LFP-ove obložene ugljikom-, postigavši 100% zadržavanje kapaciteta i kulombičku efikasnost od 99,54% nakon 1000 ciklusa pri visokoj brzini od 5C, pokazujući} odličnu dugotrajnu{7} stabilnost{7} Hunan Yuneng-ov nedavno odobreni patent za "Multi-modifikaciju izvora ugljika" također postiže poboljšane performanse brzine i stabilnost ciklusa kroz siloksansko presađivanje metalnih{11}}organskih okvira, sinergijske modifikacije kobalt nitrata i bakar nitrata.
2. Napredni proces sinterovanja: Probijanje kroz dilemu termičke obrade
Karbotermička sinteza LFP-a se obično izvodi na 600-800 stepeni. Na ovoj temperaturi, rezultujući sloj ugljenika ima nisku kristalnost, a njegova provodljivost je nedovoljna za potrebe brzog punjenja. Međutim, povećanje temperature dovodi do grubosti zrna, što negativno utiče na performanse brzine. Tim predvođen Zhang Mingjianom sa Kineskog univerziteta u Hong Kongu (Shenzhen) u saradnji sa Li Auto je razvio ultrabrzu strategiju sinterovanja: izlaganje komercijalnog LFP-a na 1000 stepeni samo oko 10 sekundi praćeno brzim hlađenjem, istovremeno poboljšavajući kristalnost površinskog sloja ugljenika (smanjenje defekta C{{7} bu{1} bu{1}O difuzioni kapacitet (udvostručavanje sadržaja Fe/Li antisite), uz očuvanje veličine zrna na nanorazmjeri. Modifikovani LFP pokazuje poboljšanje performansi brzine od preko 25%, sa samo 9,8% smanjenja kapaciteta nakon 5000 ciklusa brzog punjenja. Ova metoda zahtijeva samo jednostavne modifikacije standardne cijevne peći kako bi se postiglo-razmjerno povećanje{15}}kilograma, pružajući jeftin-put "nadogradnje naknadne obrade" za komercijalne materijale.
3. Optimizacija provodnog agenta: izgradnja trodimenzionalne provodne mreže-
Različiti provodljivi agensi igraju različite uloge u elektrodi: provodna čađa (SP) konstruira tačku-kao što su veze kratkog dometa-ugljične nanocijevi (CNT) konstruiraju linearne veze srednjeg{2}}dometa, a grafen (GN) konstruira planarne veze dugog-dometa. Kada se koriste u kombinaciji, formiraju trodimenzionalnu sinergističku provodnu mrežu "tačka-line-planarne", značajno smanjujući otpor elektrode i poboljšavajući brzinu baterije i performanse ciklusa. Potvrđeno je da trojni kompozitni provodljivi agensi (čađa + CNT + grafen) imaju najbolji efekat poboljšanja kinetičkih performansi u litijum-gvozdeno-fosfatnim baterijama.
4. Optimizacija elektrolita: sinergijsko tečno-fazno ubrzanje
Elektrolit je medij tečne{0}}faze kroz koji Li⁺ migrira između pozitivne i negativne elektrode. Optimizacija elektrolita je nezamjenjiv dio poboljšanja performansi brzine. Pravci optimizacije uključuju:
Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 stepeni) i visoke jonske provodljivosti. Kombinacija sa LiPF₆ (npr. u omjeru 3:1) može uravnotežiti troškove i performanse. Sistem rastvarača: Rastvarači niskog viskoziteta (kao što su DME, MA) mogu ubrzati transport Li⁺, ali se mora uzeti u obzir sigurnost; dodatak FEC (5%~10%) može poboljšati žilavost SEI filma i suzbiti stvaranje litijum dendrita.
Funkcionalni aditivi: VC (etilen karbonat, 1%~2%) može formirati gust SEI film i smanjiti međufaznu impedanciju; kombinacija LiNO₃ i LiFSI može formirati stabilan Li₃N- sloj koji sadrži SEI na negativnoj elektrodi. Koristeći optimizirani elektrolit (etilen karbonat + dimetil karbonat + etil metil karbonat kao rastvarači, VC, 1,3-PS, FEC i acetonitril kao aditivi), stopa zadržavanja kapaciteta dostiže 95,6% nakon 900 ciklusa 3C punjenja-pražnjenja i 800% poboljšanja performansi ciklusa nakon ciklusa od 1000%.
5. Dizajn strukture elektrode: transport jona za razdvajanje gradijenta poroznosti
U tradicionalnim jednoslojnim debelim elektrodama, aktivni materijal u blizini kolektora struje teško je sudjelovati u reakciji zbog pretjerano dugog puta transporta jona. Koristeći tehniku dvoslojnog premaza, sredstvo za formiranje pora- (kao što je amonijum bikarbonat) se uvodi u premaz elektrode koji se nalazi dalje od strujnog kolektora, konstruirajući gradijentnu strukturu pora sa postupnim povećanjem poroznosti od strujnog kolektora do površine elektrode. Eksperimenti pokazuju da elektroda sa dvostrukim-slojem s gradijentom (77,3 μm) i dalje održava specifičan kapacitet pražnjenja od 40 mAh/g pri brzini od 5°C na sobnoj temperaturi, dok jednoslojna elektroda{9}}slojne gustine ima 5°C pražnjenja specifičnu strukturu pora i promoviše brzi gradijentni kapacitet od 0. debela elektroda, dok visoka gustina sabijanja (veća ili jednaka 2,6 g/cm³) pomaže u smanjenju unutrašnjeg otpora i daljem poboljšanju performansi brzine.
O nama
Acey Intelligentspecijalizirana je za istraživanje i razvoj i proizvodnju vrhunske-opreme za litijum-jonske baterije. Nudimo integrirana rješenja na jednom mjestu i za linije za proizvodnju baterijskih ćelija (cilindrične, kovanice i ćelije u vrećici) i linije za sklapanje baterijskih paketa. Za novopridošlice u industriji litijum{5}}jonskih baterija koje žele uspostaviti vlastite linije za sklapanje ćelija ili pakovanja, pružamo profesionalnu tehničku podršku i smjernice. Slobodno nas kontaktirajte.