LFP akumulatoriem ir raksturīga laba cikla veiktspēja, taču to ātruma veiktspēja ir ievērojami sliktāka nekā trīskāršo litija akumulatoru. Tāpēc LFP akumulatoru ātruma veiktspēju var uzlabot, koncentrējoties gan uz izejmateriāliem, gan uz formulējuma dizainu.
I. Litija dzelzs fosfāta ātruma veiktspējas vājās vietas
Litija dzelzs fosfāts (LiFePO₄, LFP), kā viens no visplašāk izmantotajiem katoda materiāliem, cieš no sliktas ātruma veiktspējas divu galveno faktoru dēļ: pirmkārt, pārtrauktais FeO₆ tīkls olivīna struktūrā rada zemu elektronisko vadītspēju (aptuveni 10⁻⁹~10⁰½); otrkārt, šaurie vienas-dimensijas Li⁺ difūzijas kanāli rada lēnu litija-jonu difūzijas ātrumu (aptuveni 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s). Vienkārši sakot, liela-uzlādes un izlādes laikā elektronu un litija{8}}jonu transportēšanas efektivitāte nespēj nodrošināt pašreizējo pieprasījumu, kā rezultātā palielinās polarizācija un ievērojami samazinās jauda.
Tālāk ir izklāstītas uzlabošanas stratēģijas, sākot no materiāliem, elektrodiem, elektrolītiem līdz vispārējai projektēšanas sistēmai.
II. Galvenās uzlabošanas stratēģijas
1. Katoda materiāla modifikācija:
(1) Nanostrukturēšana — pārraides attāluma saīsināšana:
LFP daļiņu izmēra samazināšana līdz nanomērogam var ievērojami saīsināt Li⁺ difūzijas ceļu cietā fāzē, samazinot uzlādes un izlādes laiku. Porainās LFP mikrosfēras (samontētas no nanodaļiņām) apvieno augstu veiktspēju un lielu tilpuma enerģijas blīvumu, padarot tās par vēlamo virzienu, kas apvieno praktiskumu un veiktspēju. Tomēr jāatzīmē, ka tīriem nanomateriāliem ir zems blīvēšanas blīvums, un tie parasti ir jāšķiro ar lielākām daļiņām, lai līdzsvarotu ātruma veiktspēju un tilpuma enerģijas blīvumu.
(2) Oglekļa pārklājums — atveramie elektronu kanāli
Vienmērīga LFP daļiņu virsmas pārklāšana ar vadošu oglekļa slāni ir komerciāli visnobriedušākā modifikācijas metode. Oglekļa slānis var palielināt daļiņu īpatnējo virsmas laukumu, samazināt Li⁺ migrācijas attālumu un vienlaikus izveidot vadošu tīklu. Uzlabotu oglekļa materiālu, piemēram, oglekļa nanocauruļu (CNT) un grafēna ieviešana var izveidot ļoti efektīvu vadošu tīklu no "punkta-līnijas-virsmas" trīs-dimensiju perspektīvas, vēl vairāk uzlabojot ātruma veiktspēju. Wanrun New Energy jaunākais patents samazina pulvera pretestību un dzelzs izskalošanos, pārklājuma slānī ievadot dzelzs karbīdu (0,7% ~ 3,1% pēc masas), panākot vienlaicīgus jaudas, riteņbraukšanas veiktspējas un ātruma veiktspējas uzlabojumus.
(3) Jonu dopings — paātrinājums no režģa iekšpuses
Na⁺ dopings Li vietās var izraisīt režģa paplašināšanos un paplašināt Li⁺ difūzijas kanālus; Ti⁴⁺ dopings Fe vietās var uzlabot režģa stabilitāti un atgriezenisko spēju. Lu Wenyan pētnieku grupa Čuncjinas Tehnoloģiju universitātē izmantoja Na-Ti sinerģisko dopingu ar oglekli-pārklātiem LFP, panākot 100% jaudas saglabāšanu un kulonisko efektivitāti 99,54% pēc 1000 cikliem ar augstu 5C ātrumu, demonstrējot ārkārtīgi izcilu augstu-termiņa stabilitāti. Hunan Yuneng nesen autorizētais patents "Multi{10}}Oglekļa avota modifikācijas" nodrošina arī uzlabotu ātruma veiktspēju un cikliskuma stabilitāti, izmantojot siloksāna potēšanu metāla-organiskajām struktūrām, kobalta nitrātu un vara nitrāta sinerģisko modifikāciju.
2. Uzlabots saķepināšanas process: termiskās apstrādes dilemmas pārvarēšana
LFP karbotermiskā sintēze parasti tiek veikta 600-800 grādu temperatūrā. Šajā temperatūrā iegūtajam oglekļa slānim ir zema kristāliskums, un tā vadītspēja nav pietiekama ātras uzlādes prasībām. Tomēr temperatūras paaugstināšana noved pie graudu rupjības, kas negatīvi ietekmē ātruma veiktspēju. Ķīnas Honkongas Universitātes (Šenžeņas) Džans Mindzjana vadītā komanda sadarbībā ar Li Auto ir izstrādājusi īpaši ātru saķepināšanas stratēģiju: komerciālo LFP pakļauj 1000 grādiem tikai apmēram 10 sekundes, kam seko ātra dzesēšana, vienlaikus uzlabojot virsmas oglekļa slāņa kristāliskumu (samazinot C-O-defektus) un difūzijas spēju. Fe / Li antisite saturs), vienlaikus saglabājot nanomēroga graudu izmēru. Modificētais LFP uzrāda ātruma veiktspējas uzlabojumu par vairāk nekā 25%, ar tikai 9,8% jaudas samazināšanos pēc 5000 ātrās uzlādes cikliem. Šai metodei ir nepieciešamas tikai vienkāršas izmaiņas standarta cauruļu krāsnī, lai palielinātu -kilogramu mērogu{15}}, nodrošinot zemu-cenu "pēcapstrādes jaunināšanas" ceļu komerciāliem materiāliem.
3. Vadītspējīga aģenta optimizācija: trīs-dimensiju vadoša tīkla izveide
Dažādiem vadošiem aģentiem elektrodā ir atšķirīga loma: vadošs ogleklis (SP) veido punktu-piemēram, maza attāluma{1}}savienojumus, oglekļa nanocaurules (CNT) veido lineārus vidēja{2}}diapazona savienojumus, un grafēns (GN) veido plakanus liela attāluma{3}}savienojumus. Ja tos izmanto kopā, tie veido trīsdimensiju sinerģisku "punktveida-līnijas-plaknes tīklu", kas ievērojami samazina elektrodu pretestību un uzlabo akumulatora ātrumu un cikla veiktspēju. Ir pārbaudīts, ka trīskāršajiem kompozītmateriāliem vadošajiem aģentiem (ogleklis + CNT + grafēns) ir vislabākais kinētiskās veiktspējas uzlabošanas efekts litija dzelzs fosfāta akumulatoros.
4. Elektrolītu optimizācija: sinerģisks šķidruma{1}}fāzes paātrinājums
Elektrolīts ir šķidrā -fāzes vide, caur kuru Li⁺ migrē starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Elektrolīta optimizēšana ir neatņemama ātruma uzlabošanas sastāvdaļa. Optimizācijas norādījumi ietver:
Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 grādi) un augsta jonu vadītspēja. Apvienojot to ar LiPF₆ (piemēram, attiecībā 3:1), var līdzsvarot izmaksas un veiktspēju. Šķīdinātāju sistēma: zemas -viskozitātes šķīdinātāji (piemēram, DME, MA) var paātrināt Li⁺ transportēšanu, taču ir jāņem vērā drošība; FEC (5% ~ 10%) pievienošana var uzlabot SEI plēves izturību un nomākt litija dendrīta veidošanos.
Funkcionālās piedevas: VC (etilēna karbonāts, 1% ~ 2%) var veidot blīvu SEI plēvi un samazināt saskarnes pretestību; LiNO₃ un LiFSI kombinācija var izveidot stabilu Li₃N- saturošu SEI slāni pie negatīvā elektroda. Izmantojot optimizētu elektrolītu (etilēnkarbonāts + dimetilkarbonāts + etilmetilkarbonāts kā šķīdinātāji, VC, 1,3-PS, FEC un acetonitrils kā piedevas), kapacitātes saglabāšanas līmenis sasniedz 95,6% pēc 900 3C uzlādes-izlādes cikliem un ievērojami uzlabojot veiktspēju 6 000 % pēc 1000 C.
5. Elektrodu struktūras projektēšana: Gradienta porainības atsaistes jonu transportēšana
Tradicionālajos viena-slāņa biezajos elektrodos aktīvajam materiālam pie strāvas kolektora ir grūti piedalīties reakcijā pārmērīgi garā jonu transportēšanas ceļa dēļ. Izmantojot dubultā-pārklāšanas metodi, poras veidojošs līdzeklis (piemēram, amonija bikarbonāts) tiek ievadīts elektroda pārklājumā, kas atrodas tālāk no strāvas kolektora, veidojot gradienta poru struktūru ar pakāpenisku porainības pieaugumu no strāvas kolektora līdz elektroda virsmai. Eksperimenti rāda, ka gradienta poru dubultslāņa biezais elektrods (77,3 μm) joprojām saglabā īpatnējo izlādes jaudu 40 mAh/g pie 5C istabas temperatūrā, savukārt viena -slāņa elektroda izlādes īpatnējā kapacitāte ir 0 C. augstais blīvēšanas blīvums (lielāks vai vienāds ar 2,6 g/cm³) palīdz samazināt iekšējo pretestību un vēl vairāk uzlabot ātruma veiktspēju.
Par mums
Acey Intelligentspecializējas augstākās -litija- akumulatoru aprīkojuma izpētē un izstrādē un ražošanā. Mēs piedāvājam integrētus vienas pieturas risinājumus gan akumulatoru šūnu ražošanas līnijām (cilindrveida, monētu un maisiņu elementiem), gan akumulatoru komplektu montāžas līnijām. Litija{5}}jonu akumulatoru nozares jaunpienācējiem, kuri vēlas izveidot savas šūnu vai bloku montāžas līnijas, mēs sniedzam profesionālu tehnisko atbalstu un norādījumus. Lūdzu, sazinieties ar mums.