Bateri LFP dicirikan oleh prestasi kitaran yang baik, tetapi prestasi kadarnya adalah jauh lebih teruk daripada bateri litium ternary. Oleh itu, meningkatkan prestasi kadar bateri LFP boleh dicapai dengan memberi tumpuan kepada kedua-dua bahan mentah dan reka bentuk perumusan.
I. Kesesakan dalam Prestasi Kadar Lithium Iron Phosphate
Litium besi fosfat (LiFePO₄, LFP), sebagai salah satu bahan katod yang paling banyak digunakan, mengalami prestasi kadar yang lemah disebabkan oleh dua faktor utama: Pertama, rangkaian FeO₆ terputus dalam struktur olivin membawa kepada kekonduksian elektronik yang rendah (kira-kira 10⁻⁹~10⁻¹⁰ S/cm); kedua, saluran resapan Li⁺ berdimensi-yang sempit menghasilkan kadar resapan ion litium-yang perlahan (kira-kira 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s). Ringkasnya, semasa pengecasan dan penyahcasan-kadar tinggi, kecekapan pengangkutan ion elektron dan litium-tidak dapat bersaing dengan permintaan semasa, yang membawa kepada peningkatan polarisasi dan penurunan kapasiti yang ketara.
Berikut menggariskan strategi penambahbaikan daripada bahan, elektrod, elektrolit kepada keseluruhan sistem reka bentuk.
II. Strategi Penambahbaikan Teras
1. Pengubahsuaian Bahan Katod:
(1) Penstrukturan Nano – Memendekkan Jarak Penghantaran:
Mengurangkan saiz zarah LFP kepada skala nano boleh memendekkan dengan ketara laluan resapan Li⁺ dalam fasa pepejal, mengurangkan masa pengecasan dan nyahcas. Mikrosfera LFP berliang (dipasang daripada nanopartikel) menggabungkan prestasi kadar tinggi dan ketumpatan tenaga isipadu tinggi, menjadikannya arah pilihan yang menggabungkan kepraktisan dan prestasi. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa bahan nano tulen mempunyai ketumpatan pemadatan yang rendah dan biasanya perlu digredkan dengan zarah yang lebih besar untuk mengimbangi prestasi kadar dan ketumpatan tenaga isipadu.
(2) Salutan Karbon – Membuka Saluran Elektron
Menyalut secara seragam permukaan zarah LFP dengan lapisan karbon konduktif adalah kaedah pengubahsuaian yang paling matang secara komersial. Lapisan karbon boleh meningkatkan luas permukaan khusus zarah, mengurangkan jarak migrasi Li⁺, dan pada masa yang sama membina rangkaian konduktif. Pengenalan bahan karbon termaju seperti tiub nano karbon (CNTs) dan graphene boleh membina rangkaian konduktif yang sangat cekap daripada "titik-garisan-permukaan" perspektif tiga-dimensi, meningkatkan lagi prestasi kadar. Paten terbaru Wanrun New Energy mengurangkan kerintangan serbuk dan larut lesap besi dengan memperkenalkan karbida besi (0.7%~3.1% mengikut jisim) ke dalam lapisan salutan, mencapai peningkatan serentak dalam kapasiti, prestasi berbasikal dan prestasi kadar.
(3) Doping Ion – Pecutan dari Bahagian Dalaman Kekisi
Doping Na⁺ di tapak Li boleh mendorong pengembangan kekisi dan meluaskan saluran resapan Li⁺; doping Ti⁴⁺ di tapak Fe boleh meningkatkan kestabilan kekisi dan kapasiti boleh balik. Kumpulan penyelidikan Lü Wenyan di Universiti Teknologi Chongqing menggunakan doping sinergistik Na-Ti kepada LFP bersalut-karbon, mencapai pengekalan kapasiti 100% dan kecekapan coulombik 99.54% selepas 1000 kitaran pada kadar tinggi 5C, menunjukkan kestabilan jangka panjang yang sangat baik{-} Paten Hunan Yuneng yang diberi kuasa baru-baru ini untuk "Multi-elemen Pengubahsuaian Sumber Karbon" juga mencapai prestasi kadar yang lebih baik dan kestabilan berbasikal melalui cantuman siloksan bagi-rangka kerja organik, kobalt nitrat dan pengubahsuaian sinergistik tembaga nitrat.
2. Proses Pensinteran Lanjutan: Memecah Dilema Rawatan Haba
Sintesis karbotermik LFP biasanya dijalankan pada 600-800 darjah . Pada suhu ini, lapisan karbon yang terhasil mempunyai kehabluran yang rendah, dan kekonduksiannya tidak mencukupi untuk keperluan pengecasan pantas. Walau bagaimanapun, peningkatan suhu membawa kepada kekasaran bijirin, yang memberi kesan negatif terhadap prestasi kadar. Pasukan yang diketuai oleh Zhang Mingjian di Universiti China Hong Kong (Shenzhen) dengan kerjasama Li Auto telah membangunkan strategi pensinteran ultrapantas: mendedahkan LFP komersial pada 1000 darjah selama kira-kira 10 saat sahaja diikuti dengan penyejukan pantas, sekaligus meningkatkan kehabluran lapisan karbon permukaan (mengurangkan kecacatan C-}pencairan litium{3} dan pukal kandungan antisit Fe/Li), sambil mengekalkan saiz butiran skala nano. LFP yang diubah suai mempamerkan peningkatan prestasi kadar melebihi 25%, dengan hanya 9.8% pereputan kapasiti selepas 5000 kitaran pengecasan pantas. Kaedah ini hanya memerlukan pengubahsuaian ringkas pada relau tiub standard untuk mencapai-skala skala-kilogram, menyediakan laluan-kos rendah "naik taraf pasca pemprosesan" untuk bahan komersial.
3. Pengoptimuman Ejen Konduktif: Membina Rangkaian Konduktif Tiga-Dimensi
Ejen konduktif yang berbeza memainkan peranan yang berbeza dalam elektrod: karbon hitam (SP) konduktif membina titik-seperti sambungan jarak pendek-, tiub nano karbon (CNT) membina sambungan julat medium linear-dan graphene (GN) membina sambungan jarak jauh-planar. Apabila digunakan dalam gabungan, ia membentuk rangkaian konduktif sinergistik tiga dimensi "titik-garisan-planar", dengan ketara mengurangkan rintangan elektrod dan meningkatkan kadar bateri dan prestasi kitaran. Ejen konduktif komposit ternari (hitam karbon + CNTs + graphene) telah disahkan mempunyai kesan peningkatan prestasi kinetik terbaik dalam bateri fosfat besi litium.
4. Pengoptimuman Elektrolit: Cecair Sinergis-Pecutan Fasa
Elektrolit ialah medium fasa cecair-di mana Li⁺ berhijrah antara elektrod positif dan negatif. Mengoptimumkan elektrolit adalah bahagian yang sangat diperlukan untuk meningkatkan prestasi kadar. Arah pengoptimuman termasuk:
Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 darjah ) dan kekonduksian ionik yang tinggi. Menggabungkannya dengan LiPF₆ (cth, dalam nisbah 3:1) boleh mengimbangi prestasi kos dan kadar. Sistem Pelarut: Pelarut-kelikatan rendah (seperti DME, MA) boleh mempercepatkan pengangkutan Li⁺, tetapi keselamatan mesti dipertimbangkan; penambahan FEC (5%~10%) boleh meningkatkan keliatan filem SEI dan menyekat pembentukan litium dendrit.
Bahan Tambahan Berfungsi: VC (etilena karbonat, 1%~2%) boleh membentuk filem SEI yang padat dan mengurangkan galangan antara muka; gabungan LiNO₃ dan LiFSI boleh membentuk Li₃N-yang stabil yang mengandungi lapisan SEI pada elektrod negatif. Menggunakan elektrolit yang dioptimumkan (etilena karbonat + dimetil karbonat + etil metil karbonat sebagai pelarut, VC, 1,3-PS, FEC dan asetonitril sebagai bahan tambahan), kadar pengekalan kapasiti mencapai 95.6% selepas 900 kitaran 3C nyahcas-cas dan 807% kitaran peningkatan ketara 10C prestasi.
5. Reka Bentuk Struktur Elektrod: Pengangkutan Ion Penyahgandingan Porositi Kecerunan
Dalam elektrod tebal-satu lapisan tradisional, bahan aktif berhampiran pengumpul semasa sukar untuk mengambil bahagian dalam tindak balas kerana laluan pengangkutan ion yang terlalu panjang. Dengan menggunakan teknik salutan-berganda, agen pembentuk-liang (seperti ammonium bikarbonat) dimasukkan ke dalam salutan elektrod yang terletak jauh dari pengumpul semasa, membina struktur liang kecerunan dengan keliangan yang meningkat secara beransur-ansur dari pengumpul semasa ke permukaan elektrod. Eksperimen menunjukkan bahawa elektrod tebal dua lapisan-liang kecerunan (77.3 μm) masih mengekalkan kapasiti khusus nyahcas sebanyak 40 mAh/g pada kadar 5C pada suhu bilik, manakala elektrod-lapisan tunggal dengan ketumpatan luas yang sama mempunyai kapasiti khusus nyahcas 5C sebanyak 0. Kecerunan dan struktur pori elektrod yang mencukupi menggalakkan proses elektrod kecerunan yang mencukupi. ketumpatan pemadatan tinggi ( Lebih daripada atau sama dengan 2.6 g/cm³) membantu mengurangkan rintangan dalaman dan meningkatkan lagi prestasi kadar.
Tentang Kami
Acey Pintarpakar dalam R&D dan pembuatan peralatan bateri-ion litium-tinggi. Kami menawarkan penyelesaian-sehenti bersepadu untuk kedua-dua barisan pengeluaran sel bateri (sel silinder, syiling dan kantung) dan barisan pemasangan pek bateri. Bagi pendatang baharu dalam industri bateri-ion litium yang ingin mewujudkan barisan pemasangan sel atau pek mereka sendiri, kami menyediakan sokongan dan bimbingan teknikal profesional. Sila hubungi kami.