LMFP材料の導電率と圧縮密度の解析
新エネルギー産業の発展に伴い、リチウムイオン電池は徐々に電力貯蔵装置として広く使用されるようになりました。その中でも、リン酸鉄リチウム電池は、安全性能が高く、サイクル寿命が長く、価格が安いため、市場で広く支持されています。原料埋蔵量が豊富で、環境汚染が比較的少ない。しかし、リン酸鉄リチウムの放電電圧プラットフォーム（～3.4V）が低く、エネルギー密度が低いため、リン酸鉄リチウムの開発と応用は制限されている。リン酸鉄リチウム（李 FePO 4) 同じ構造のリン酸マンガンリチウム(LiMnPO )4) リーと比較して+/Liの電極電位は4.1Vで、LiFePOよりもはるかに高い4電圧プラットフォーム。リン酸マンガン鉄リチウム (李 ん )バツ鉄1-x後4）LiMnPOで行われました4リン酸鉄リチウム (リフェポ ) で形成された、修正された鉄ドーピング形式に基づいて、4) 同じオリビン構造、安定した構造、高電圧プラットフォームを備えており、非常に潜在的な新しい正極材料です。リン酸マンガン鉄リチウム (李 ん ) については図 1 を参照してください。バツ鉄1-x後4) 結晶構造の模式図[1]。
図1 リン酸マンガン鉄リチウム（李 ん ）バツ鉄1-x後4) 結晶構造の模式図[1]
電子エネルギー準位の第一原理計算により、リン酸鉄リチウム (リフェポ ) の電子遷移のエネルギーギャップが得られることが報告されています。4）は0.3eVであり、半導体特性を持っていますが、リン酸マンガン鉄リチウム（李 ん ）のエネルギーギャップは0.3eVです。バツ鉄1-x後4）は2eVであり、絶縁体です。リン酸マンガン鉄リチウム（リチウム ）の導電性の悪さを改善するために、バツ鉄1-x後4）、リン酸マンガン鉄リチウム（李 ん バツ鉄1-x後4炭素は粒子の成長を抑制し、リチウムイオンの拡散距離を減少させるため、通常は）材料が調製されます。一方、カーボンは導電性に優れており、電子の伝達を促進し、材料の電子伝導性を向上させます。
リン酸マンガン鉄リチウム(リチウム )バツ鉄1-x後4) さまざまな圧力条件における材料、導電率、圧縮密度。同時に、優れた導電性を持つ 2 つの材料が圧縮性能試験用に選択され、それらの性能の違いが評価されます。
1 試験方法
1.1 PRCD3100 は、5 種類のリン酸マンガンリチウム (LMFP -1、LMFP -2、LMFP -3、LMFP -4、LMFP -5) の導電率と圧縮密度、および LMFP -4 および LMFP -5 の圧縮特性に使用されます。図 2 に示すように、試験装置には 2 つのプローブ モードが使用されます。試験パラメータ: 圧力範囲 10 ～ 200MPa、間隔 20MPa、圧力を 10 秒間維持します。
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図 2. (a) PRCD3100 の外観図。(b) PRCD3100の構造図
2. テスト結果と分析
リン酸マンガン鉄リチウムの開発初期は、その低い導電率と増倍性能に制限があり、商品化のプロセスが遅れています。カーボンコーティング、ナノテクノロジー、リチウム充填技術などの改質技術の進歩により、その導電率はある程度改善されました、リン酸マンガン鉄リチウムの電気化学的特性は、粒子形態、ナノ化学、およびイオンドーピングを制御することによって改善されています。
材料の導電率評価は、材料の物理化学的特性を評価する効果的な方法として使用できます。図 3 は、5 つの異なるリン酸マンガン鉄リチウム材料の抵抗率試験の結果を示しています。比抵抗試験の結果から、L 複合機 -4、L 複合機 -5 サンプルの電子伝導性は、L 複合機 -1、L 複合機 -2、および L 複合機 -3 サンプルよりもはるかに優れています。さまざまな材料の結果から、材料の修正により、リン酸マンガン鉄リチウム材料の導電率の低下を効果的に改善できます。さらに、L 複合機 の最初の 3 つのグループの抵抗率は、テスト圧力の増加に伴って増加します。これは、おそらく次の原因によるものと考えられます。変形や潰れによる粒子の劣化。
図 3. 5 種類のリン酸マンガン鉄リチウム材料の抵抗率試験結果
材料の圧縮密度は、リチウムイオン電池の比容量、効率、内部抵抗、電池サイクル性能と密接に関係しています。図4は、5つのリン酸マンガン鉄リチウム材料の圧縮密度試験の結果を示しています。L 複合機 -1、L 複合機 -2、L 複合機 -3 は圧縮密度を向上させますが、L 複合機 -4 と L 複合機 -5 は圧縮密度を向上させますが、より良い全体的なパフォーマンスを得るには全体的なパフォーマンスが必要です。
図 4. 5 種類のリン酸マンガン鉄リチウム材料の圧縮密度試験結果
L 複合機 -4 および LMFP -5 の圧力およびリリーフ試験、図 5 (A) の圧力変化曲線に従い、図 5 (A) および (B) の対応する材料の厚さの変化と厚さの反発曲線。 LMFP 粉末を同じサンプリング量でテストしたところ、LMFP -5 の厚み反発量は LMFP -4 材料よりも大きかった。１５０ＭＰａ程度で厚み反発量は徐々に安定する。このとき、粒子と粒子の間の細孔は基本的に除外されており、厚さの反発の違いは主に粒子自体の弾性変形によって引き起こされます。同時に、図5(D)を使用して応力ひずみを取得します。表 1 に示すように、サンプルを最大圧力に維持するための連続圧力による図 5 (C) の曲線。LMFP -5 の圧縮変形は LMFP -4 よりわずかに大きくなります。応力ひずみ曲線の傾きから、LMFP -5 は LMFP -4 よりも大きく、圧縮がより困難であることを示しています。これは、5 (A) モードのテスト結果と一致しています。上記のテスト結果は、 LMFP -4 は、LMFP -5 材料と比較してより高い圧縮密度を達成できます。
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図 5. 2 つの LMFP 材料の圧縮および除荷中の応力曲線とひずみ曲線
表 1. 2 つの LMFP 材料の形状変数データの概要
3. まとめ
粉体抵抗および圧縮密度 (PRCD3100 ) 装置は、導電率と圧縮密度を検出するために使用されます。試験結果は、材料構造と密接に関係する異なる圧縮特性を持つ導電率と圧縮密度が、SEM や他の試験方法によりさらに深い機構解析を実現できることを示しています。この論文は、研究者が粉末レベルでの材料間の導電率と圧縮密度の違いを迅速に評価するのに役立つ、効果的な材料の物理的性能検出方法として使用できます。
参考資料
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[2] マ 国軒 、リュウ るい 、リュウ 本泉 、他。リチウム マンガン鉄リン酸塩でコーティングされた正極材料に関する研究 [J]。山東科学技術大学ジャーナル: 自然科学編、2020 年、39 (6): 7 。
[3]ドン DA 、うん A、マーク A、他、高性能リチウム電池用のホーリー還元酸化グラフェン/カーボン ナノチューブ/LiMn0 .7Fe0.3PO4 複合カソード。サイエンスダイレクト [J].ジャーナル の 力 情報源 、449。