Az LFP akkumulátorokat jó ciklusteljesítmény jellemzi, de sebességük lényegesen rosszabb, mint a háromkomponensű lítium akkumulátoroké. Ezért az LFP akkumulátorok sebességi teljesítményének javítása az alapanyagokra és a készítmény kialakítására összpontosítva érhető el.
I. Szűk keresztmetszetek a lítium-vas-foszfát sebességi teljesítményében
A lítium-vas-foszfát (LiFePO4, LFP), mint az egyik legszélesebb körben használt katódanyag, gyenge sebességgel rendelkezik két fő tényező miatt: Először is, az olivin szerkezetében a nem folytonos FeO6 hálózat alacsony elektronikus vezetőképességhez vezet (körülbelül 10⁻⁹~10⁻½); másodszor, a keskeny, egydimenziós Li⁺ diffúziós csatornák lassú lítium-ion diffúziós sebességet eredményeznek (körülbelül 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s). Egyszerűen fogalmazva, a nagy-sebességű töltés és kisütés során az elektron- és lítium-iontranszport hatékonysága nem tud lépést tartani a jelenlegi igényekkel, ami fokozott polarizációhoz és jelentős kapacitáscsökkenéshez vezet.
Az alábbiakban felvázoljuk a fejlesztési stratégiákat az anyagoktól, elektródáktól, elektrolitoktól a teljes tervezési rendszerig.
II. Alapvető fejlesztési stratégiák
1. A katód anyagának módosítása:
(1) Nanostrukturálás – Az átviteli távolság lerövidítése:
Az LFP részecskék méretének nanoméretűre csökkentése jelentősen lerövidítheti a Li⁺ diffúziós útját a szilárd fázisban, csökkentve a töltési és kisülési időt. A porózus LFP mikrogömbök (nanorészecskékből vannak összeállítva) egyesítik a nagy teljesítményt és a nagy térfogati energiasűrűséget, így előnyben részesítik a praktikum és a teljesítmény kombinációját. Meg kell azonban jegyezni, hogy a tiszta nanoanyagok tömörítési sűrűsége alacsony, és általában nagyobb részecskékkel kell osztályozni, hogy egyensúlyba kerüljön a sebesség és a térfogati energiasűrűség.
(2) Szénbevonat – Elektroncsatornák nyitása
Az LFP részecskék felületének egyenletes bevonása vezető szénréteggel a kereskedelmi szempontból legérettebb módosítási módszer. A szénréteg növelheti a részecskék fajlagos felületét, csökkentheti a Li⁺ vándorlási távolságot, és ezzel egyidejűleg egy vezető hálózatot építhet fel. A fejlett szénanyagok, például a szén nanocsövek (CNT) és a grafén bevezetése rendkívül hatékony vezető hálózatot hozhat létre a "pont-vonal-felület" három-dimenziós perspektívájából, tovább javítva a sebességi teljesítményt. A Wanrun New Energy legújabb szabadalma csökkenti a porellenállást és a vaskimosódást azáltal, hogy vaskarbidot (0,7-3,1 tömegszázalék) visz be a bevonatrétegbe, ezzel párhuzamosan javítva a kapacitást, a ciklusteljesítményt és a sebességi teljesítményt.
(3) Ion dopping – Gyorsítás a rács belsejéből
A Na⁺ adalékolása a Li helyeken rácstágulást indukálhat és kiszélesítheti a Li⁺ diffúziós csatornákat; A Ti⁴⁺ adalékolása a Fe helyeken javíthatja a rács stabilitását és reverzibilis kapacitását. Lü Wenyan kutatócsoportja a Chongqingi Műszaki Egyetemen Na-Ti szinergikus adalékot használt szén-bevonatú LFP-ekhez, így 100%-os kapacitásmegtartást és 99,54%-os coulombos hatásfokot érte el 1000 ciklus után 5°C-on, magas hőmérsékleten, ami rendkívül kiváló hosszú-távú stabilitást mutat. Hunan Yuneng nemrégiben engedélyezett „Multi{10}}Carbon Source Modification” szabadalma a fém-vázak sziloxános ojtásával, a kobalt-nitráttal és a réz-nitrát szinergikus módosításával is jobb sebességteljesítményt és ciklusstabilitást ér el.
2. Fejlett szinterezési folyamat: áttörés a hőkezelési dilemmán
Az LFP karbotermikus szintézise jellemzően 600-800 fokon történik. Ezen a hőmérsékleten a keletkező szénréteg alacsony kristályosságú, vezetőképessége nem elegendő a gyorstöltési követelményekhez. A hőmérséklet növelése azonban a szemek durvulásához vezet, ami negatívan befolyásolja a sebesség teljesítményét. A Zhang Mingjian vezette csapat a Hongkongi Kínai Egyetemen (Shenzhen) a Li Auto-val együttműködve egy ultragyors szinterezési stratégiát dolgozott ki: a kereskedelmi forgalomban lévő LFP-t 1000 fokos hőmérsékleten csak körülbelül 10 másodpercre teszi ki, majd gyors lehűlés követi, ezzel egyidejűleg javítja a felületi szénréteg kristályosságát (csökkenti a C-O-kapacitást és a diffúziós lítium hibákat) Fe/Li antisite tartalom), miközben megőrzi a nanoméretű szemcseméretet. A módosított LFP több mint 25%-os teljesítménynövekedést mutat, mindössze 9,8%-os kapacitáscsökkenéssel 5000 gyorstöltési ciklus után. Ez a módszer csak egyszerű módosításokat igényel a szabványos csőkemencéken a kilogramm-lépték-növekedéséhez, ami alacsony-költségű "utófeldolgozási frissítést" biztosít a kereskedelmi anyagok számára.
3. Konduktív ágens optimalizálás: háromdimenziós vezető hálózat építése-
A különböző vezető ágensek különböző szerepet játszanak az elektródában: a vezetőképes korom (SP) pontokat-, például rövid hatótávolságú{1}}kapcsolatokat, a szén nanocsövek (CNT-k) lineáris, közepes hatótávolságú{2}}kapcsolatokat, a grafén (GN) pedig síkbeli, hosszú{3}}hatótávolságú kapcsolatokat hoz létre. Kombinált használatukkor három-dimenziós szinergikus vezetőhálózatot alkotnak "pont-vonal-síkból", jelentősen csökkentve az elektródák ellenállását, valamint javítva az akkumulátor sebességét és ciklusteljesítményét. A háromkomponensű kompozit vezetőképes anyagok (korom + CNT-k + grafén) bizonyítottan rendelkeznek a legjobb kinetikai teljesítményt javító hatással a lítium-vas-foszfát akkumulátorokban.
4. Elektrolit optimalizálás: Szinergikus folyadék{1}}fázisgyorsítás
Az elektrolit a folyékony{0}}fázisú közeg, amelyen keresztül a Li⁺ a pozitív és negatív elektródák között vándorol. Az elektrolit optimalizálása elengedhetetlen része a sebességi teljesítmény javításának. Az optimalizálási utasítások a következőket tartalmazzák:
Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 fok) és nagy ionvezetőképességgel. LiPF₆-vel kombinálva (pl. 3:1 arányban) egyensúlyba hozhatja a költségeket és a teljesítményt. Oldószerrendszer: Az alacsony viszkozitású oldószerek (mint például a DME, MA) felgyorsíthatják a Li⁺ szállítását, de a biztonságot figyelembe kell venni; FEC hozzáadása (5% ~ 10%) javíthatja a SEI film szívósságát és elnyomhatja a lítium-dendrit képződését.
Funkcionális adalékok: VC (etilén-karbonát, 1% ~ 2%) sűrű SEI filmet képezhet és csökkentheti a határfelületi impedanciát; a LiNO₃ és LiFSI kombinációja stabil Li₃N--tartalmú SEI réteget képezhet a negatív elektródán. Az optimalizált elektrolit (etilén-karbonát + dimetil-karbonát + etil-metil-karbonát oldószerként, VC, 1,3-PS, FEC és acetonitril adalékok) használatával a kapacitás megtartási arány eléri a 95,6%-ot 900 ciklus 3C töltés-kisülés után, és 87%-os teljesítménynövekedés 1000 C-os ciklus után.
5. Elektródaszerkezet-tervezés: Gradiens porozitás-leválasztási ionszállítás
A hagyományos egyrétegű{0}}vastagelektródákban az áramkollektor közelében lévő aktív anyag nehezen vesz részt a reakcióban a túl hosszú iontranszport út miatt. A kettős-rétegű bevonási technika alkalmazásával pórusképző szert (például ammónium-hidrogén-karbonátot) vezetnek be az elektródabevonatba, amely az áramkollektortól távolabb helyezkedik el, gradiens pórusszerkezetet hozva létre fokozatosan növekvő porozitással az áramkollektortól az elektróda felületéig. Kísérletek azt mutatják, hogy a gradiens pórusú kettős -rétegvastagságú elektróda (77,3 μm) szobahőmérsékleten 5°C-os sebesség mellett is 40 mAh/g kisülési fajlagos kapacitást tart fenn, míg az azonos felületsűrűségű egyrétegű elektród 0 5C kisülési fajlagos kapacitással rendelkezik. a nagy tömörítési sűrűség (2,6 g/cm³ vagy annál nagyobb) segít csökkenteni a belső ellenállást és tovább javítani a sebességi teljesítményt.
Rólunk
Acey Intelligenscsúcsminőségű-lítium-akkumulátoros berendezések kutatás-fejlesztésére és gyártására specializálódott. Integrált, egyablakos{3}}megoldásokat kínálunk az akkumulátorcellák gyártósoraihoz (hengeres, érme- és tasakos cellák), valamint az akkumulátorcsomag-összeszerelő sorokhoz. A lítium-{5}}ion akkumulátoripar újoncainak, akik saját cella- vagy csomag-összeszerelő sorokat szeretnének létrehozni, professzionális műszaki támogatást és útmutatást nyújtunk. Kérjük, forduljon hozzánk bizalommal.