Разработка материалов литиевых батарей с графеновым покрытием Университетом Сычуань

Литий-фосфат железа является широко используемым катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов, и производители силовых аккумуляторов предпочитают его из-за его хорошей термостойкости и безопасности.

Соответствующие тесты безопасности показывают, что при существующих технических условиях только литий-ионные батареи, в которых используются материалы из фосфата лития и железа, могут пройти все испытания на безопасность и не воспламениться или взорваться в экспериментах по акупунктуре и сжатию. Это очень важно для электромобилей, электрических автобусов и других областей, где требования к безопасности аккумуляторов чрезвычайно высоки.

Однако материалы фосфата лития-железа также имеют этот врожденный недостаток. Основная причина в том, что рабочее напряжение низкое, всего около 3,4 В, а проводимость плохая. Это не только делает плотность энергии материала намного ниже, чем у литий-кобальтовой кислоты и других материалов, но также влияет на батарею. Быстрая зарядка и разрядка.

Чтобы увеличить рабочее напряжение материалов из фосфата лития и железа, люди пытаются заменить элементы Fe в материалах из фосфата лития и железа элементами Mn, но соответствующие эксперименты и расчеты показали, что LiMnPO4 имеет очень плохую проводимость, а электронная проводимость намного ниже, чем LiFePO4. В результате качество удвоения материала крайне низкое, и его практически невозможно выгрузить.

В результате люди отступили на второе место и вместо этого изучали LiMn1-xFexPO4, твердый раствор фосфата лития-железа и фосфата лития-марганца. С одной стороны, этот материал наследует «относительно хорошую» проводимость LiFePO4, а также более высокое рабочее напряжение LiMnPO4.

Чтобы улучшить проводимость литий-ферромарганцевых фосфатных материалов, люди пробовали использовать различные материалы для покрытия, из которых наиболее успешным и наиболее зрелым является метод нанесения графитового покрытия, но поскольку графит не может образовывать непрерывную проводящую сеть на поверхности частицы материала. Следовательно, улучшение свойств графита в отношении свойств литий-ферромарганцевого фосфатного материала очень ограничено.

Графеновые материалы состоят из однослойных или низкослойных атомов графита и обладают хорошей проводимостью. В настоящее время они являются наиболее проводящими материалами из известных материалов. Появление графена дает людям дополнительный выбор. Превосходная проводимость графена, он может значительно улучшить электронную проводимость материала фосфата лития и железа и улучшить характеристики удвоения материала.

В настоящее время существует два основных метода нанесения графенового покрытия фосфатом лития-железа: обратный метод и прямой метод. Обратный метод заключается в формировании слоя графенового слоя на поверхности частицы материала путем механического перемешивания и самосборки на поверхности синтезированной частицы материала фосфата лития-железа.

Первичный метод состоит в том, чтобы сформировать пиролизный углерод путем пиролиза органического вещества Fe, сформировать слой графенового слоя на поверхности частицы материала путем каталитической карбонизации или синтезировать предшественник FePO4 непосредственно в растворе оксида графена для присоединения его к оксиду графена. . На листе синтезирован литий-железо-фосфатный материал.

Поскольку существует только одномерный канал диффузии Li + для оливиновых материалов, мы предпочитаем покрывать слой в несколько сотен нанометров графена на поверхности первичных частиц фосфата лития-железа, чтобы добиться одновременного улучшения электронной и ионной проводимости материала. Цель.

Недавно Вэйси из Сычуаньского университета и другие синтезировали графен, покрытый ферромарганцевым фосфатом лития, прямым методом. Сначала они синтезировали нанометровый материал Li3PO4 с графеновым покрытием в растворе оксида графена путем соосаждения, а затем прореагировали предшественник с Mn2 + и Fe2 + в растворе этиленгликоля методом нагрева растворителя с получением материала LiMn 0,5 Fe 0,5 PO4. Затем оксид графена восстанавливается до графена. Материал наследует морфологию предшественника Li3PO3. Диаметр его частиц составляет всего около 20 нм, что значительно сокращает расстояние диффузии Li +. Структура графеновой сетки придает материалу хорошую проводимость. представление.

Электрохимические испытания показали, что в материале есть две платформы напряжения: 3,4–3,6 В и 4,0–4,1 В, соответственно, соответствующие Fe2 + / Fe3 + и Mn2 + / Mn3 +, соответственно.

Тест емкости показал, что после повторного нанесения углеродного покрытия материал может достигать 166 мАч / г. Благодаря хорошей проводимости материала, материал имеет хорошие характеристики множителя при 0,1 C, 0,2 C, 0,5 C, 1C, 3C, 5C. При кратных 10C и 20C удельная емкость материала достигла 166,156,136,126,115,107,101,90 мАч. / г, соответственно, и удельная энергия материала также достигла 612 Втч / кг, что выше, чем у литий-кобальтовой кислоты. При 500 циклах при 1С, материал сохраняет емкость 92%, что показывает отличные характеристики вторичной переработки.

Наноразмерный материал LiMn 0,5 Fe 0,5 PO4 с графеновым покрытием, синтезированный этим методом, преодолел проблему плохой проводимости материала и трудности диффузии Li +, улучшил удвоение характеристик материала и улучшил плотность энергии материала. В настоящее время самая большая проблема с этим методом заключается в том, что стоимость графена слишком высока, что увеличивает стоимость всего материала.

Страница содержит содержимое машинного перевода.