Батареї LFP характеризуються хорошою продуктивністю циклу, але їх швидкість роботи значно гірша, ніж у потрійних літієвих батарей. Таким чином, підвищення продуктивності акумуляторів LFP можна досягти, зосередившись як на сировині, так і на дизайні рецептури.
I. Вузькі місця в продуктивності літій-залізофосфату
Літій-залізофосфат (LiFePO₄, LFP), як один із найпоширеніших катодних матеріалів, страждає від низької швидкості через два основні фактори: по-перше, розривна мережа FeO₆ у структурі олівіну призводить до низької електронної провідності (приблизно 10⁻⁹~10⁻¹⁰ См/см); по-друге, вузькі-вимірні дифузійні канали Li⁺ призводять до повільної швидкості дифузії-іонів літію (приблизно 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ см²/с). Простіше кажучи, під час високої -швидкості заряджання та розряджання ефективність транспортування електронів і літій-іонів не встигає за поточним попитом, що призводить до збільшення поляризації та значного падіння ємності.
Нижче наведено стратегії вдосконалення від матеріалів, електродів, електролітів до загальної системи проектування.
II. Основні стратегії вдосконалення
1. Модифікація матеріалу катода:
(1) Наноструктурування – скорочення відстані передачі:
Зменшення розміру частинок LFP до нанорозміру може значно скоротити шлях дифузії Li⁺ у твердій фазі, зменшуючи час заряду та розряду. Пористі мікросфери LFP (зібрані з наночастинок) поєднують високу продуктивність і високу об'ємну щільність енергії, що робить їх кращим напрямком, який поєднує практичність і продуктивність. Однак слід зазначити, що чисті наноматеріали мають низьку щільність ущільнення, і їх зазвичай потрібно сортувати більшими частинками, щоб збалансувати продуктивність швидкості та об’ємну щільність енергії.
(2) Вуглецеве покриття – відкриття електронних каналів
Рівномірне покриття поверхні частинок LFP шаром провідного вуглецю є найбільш комерційно зрілим методом модифікації. Вуглецевий шар може збільшити питому поверхню частинок, зменшити відстань міграції Li⁺ і одночасно побудувати провідну мережу. Впровадження передових вуглецевих матеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки (ВНТ) і графен, може створити високоефективну провідну мережу з тривимірної точки{-поверхні «точка-лінія-поверхня», ще більше покращуючи швидкість. Останній патент Wanrun New Energy зменшує питомий опір порошку та вилуговування заліза шляхом введення карбіду заліза (0,7% ~ 3,1% за масою) у шар покриття, досягаючи одночасного покращення ємності, циклічної продуктивності та продуктивності.
(3) Іонне легування – прискорення з внутрішньої решітки
Допування Na⁺ у місцях Li може спричинити розширення решітки та розширити канали дифузії Li⁺; легування Ti⁴⁺ на сайтах Fe може покращити стабільність решітки та оборотну здатність. Дослідницька група Лю Веньяна з Технологічного університету Чунціна застосувала Na{1}}Ti синергетичне легування LFP з вуглецевим-покриттям, досягнувши 100% збереження ємності та кулонівської ефективності 99,54% після 1000 циклів при високій швидкості 5C, демонструючи надзвичайно чудову довгострокову-високу-циклічну стабільність. Нещодавно авторизований патент Hunan Yuneng на «багато-елементну модифікацію джерела вуглецю» також досягає покращеної продуктивності та циклічної стабільності завдяки силоксановому щепленню металевих-органічних каркасів, синергетичній модифікації нітрату кобальту та нітрату міді.
2. Удосконалений процес спікання: подолання дилеми термічної обробки
Карботермічний синтез LFP зазвичай здійснюється при 600-800 градусах. При цій температурі отриманий вуглецевий шар має низьку кристалічність, а його провідність недостатня для вимог швидкої зарядки. Однак підвищення температури призводить до укрупнення зерна, що негативно позначається на нормі. Команда під керівництвом Чжана Мінцзяня з Китайського університету Гонконгу (Шеньчжень) у співпраці з Li Auto розробила стратегію надшвидкого спікання: витримування комерційного LFP при 1000 градусах лише приблизно на 10 секунд із подальшим швидким охолодженням, одночасно покращуючи кристалічність поверхневого вуглецевого шару (зменшуючи дефекти C-O) і об’ємну дифузійну здатність-іонів літію (подвоєння вмісту антисайту Fe/Li), зберігаючи нанорозмір зерен. Модифікований LFP показує підвищення швидкості роботи більш ніж на 25%, із зменшенням ємності лише на 9,8% після 5000 циклів швидкої зарядки. Цей метод потребує лише простих модифікацій стандартної трубчастої печі, щоб збільшити-масштаб-кілограмів, забезпечуючи-знижену вартість «оновлення після обробки» для комерційних матеріалів.
3. Оптимізація провідного агента: побудова три-вимірної провідної мережі
Різні провідні речовини відіграють різні ролі в електроді: провідна сажа (SP) створює точкові-з’єднання малого-діапазону, вуглецеві нанотрубки (ВНТ) створюють лінійні з’єднання-середнього діапазону, а графен (GN) створює плоскі з’єднання-дальнього дії. У разі використання в комбінації вони утворюють три-вимірну синергетичну провідну мережу «точкової-лінії-площини», що значно зменшує опір електродів і покращує швидкість заряду батареї та продуктивність циклу. Було підтверджено, що потрійні композитні провідні речовини (технічний вуглець + ВНТ + графен) мають найкращий ефект покращення кінетичних характеристик у літій-залізо-фосфатних батареях.
4. Оптимізація електроліту: синергетичне прискорення рідинної-фази
Електроліт — це рідке{0}}фазове середовище, через яке Li⁺ мігрує між позитивним і негативним електродами. Оптимізація електроліту є невід’ємною частиною покращення продуктивності. Напрямки оптимізації включають:
Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 градусів) і високою іонною провідністю. Поєднання його з LiPF₆ (наприклад, у співвідношенні 3:1) може збалансувати вартість і продуктивність. Система розчинників: розчинники з низькою{7}}в’язкістю (такі як DME, MA) можуть прискорити транспорт Li⁺, але слід враховувати безпеку; додавання FEC (5%~10%) може покращити міцність плівки SEI та придушити утворення літієвих дендритів.
Функціональні добавки: VC (етиленкарбонат, 1% ~ 2%) може утворювати щільну плівку SEI і зменшувати міжфазний імпеданс; поєднання LiNO₃ і LiFSI може сформувати стабільний шар SEI, що містить Li₃N-, на негативному електроді. Використовуючи оптимізований електроліт (етиленкарбонат + диметилкарбонат + етилметилкарбонат як розчинники, VC, 1,3-PS, FEC і ацетонітрил як добавки), коефіцієнт збереження ємності досягає 95,6% після 900 циклів заряду-розряду 3C і 87% після 1000 циклів 6C, що значно покращує циклічність швидкості. продуктивність.
5. Конструкція електродної структури: градієнтна пористість, що роз’єднує транспорт іонів
У традиційних одношарових товстих електродах активний матеріал поблизу струмоприймача важко брати участь у реакції через надто довгий шлях транспортування іонів. Застосовуючи техніку подвійного -шарового покриття, поро-утворюючий агент (наприклад, бікарбонат амонію) вводиться в покриття електрода, розташоване подалі від струмоприймача, утворюючи градієнтну структуру пор із поступовим збільшенням пористості від струмоприймача до поверхні електрода. Експерименти показують, що двошаровий товстий електрод із градієнтними порами (77,3 мкм) усе ще зберігає питому ємність розряду 40 мА·год/г при швидкості 5C за кімнатної температури, тоді як одношаровий електрод із такою ж поверхневою щільністю має питому ємність 5C для розряду 0. Структура градієнтних пор сприяє достатньому змоченню електроліту та швидкому транспорту іонів усередині товстого електрода, в той час як висока щільність ущільнення (більше або дорівнює 2,6 г/см³) допомагає зменшити внутрішній опір і ще більше підвищити продуктивність.
Про нас
Acey Intelligentспеціалізується на дослідженні та розробці та виробництві обладнання для-літій-іонних-батарей високого класу. Ми пропонуємо інтегровані універсальні-рішення як для ліній виробництва акумуляторних елементів (циліндричних, монетних, мішечних), так і для складальних ліній акумуляторних блоків. Початківцям у галузі виробництва літій-іонних акумуляторів, які бажають створити власні конвеєрні лінії для елементів або блоків, ми надаємо професійну технічну підтримку та надаємо рекомендації. Будь ласка, не соромтеся звертатися до нас.