Entwicklung von mit Graphen beschichteten Lithiumbatteriematerialien durch die Sichuan University

Lithiumeisenphosphat ist ein häufig verwendetes Kathodenmaterial für Lithiumionenbatterien und wird von Herstellern von Leistungsbatterien aufgrund seiner guten thermischen Stabilität und Sicherheit bevorzugt.

Die entsprechenden Sicherheitstests zeigen, dass unter den vorhandenen technischen Bedingungen nur lithium-ionen-batterien, die Lithium-Eisenphosphat-Materialien verwenden, alle Sicherheitstests bestehen können und sich bei Akupunktur- und Kompressionsexperimenten nicht entzünden oder explodieren. Dies ist sehr wichtig für Elektrofahrzeuge, Elektrobusse und andere Bereiche, in denen die Anforderungen an die Batteriesicherheit extrem hoch sind.

Lithiumeisenphosphatmaterialien weisen jedoch auch diesen angeborenen Mangel auf. Der Hauptgrund ist, dass die Arbeitsspannung niedrig ist, nur etwa 3,4 V, und die Leitfähigkeit schlecht ist. Dies macht nicht nur die Energiedichte des Materials viel niedriger als die von Lithiumkobaltsäure und anderen Materialien, sondern wirkt sich auch auf die Batterie aus. Schnelle Lade- und Entladeleistung.

Um die Arbeitsspannung von Lithiumeisenphosphatmaterialien zu erhöhen, wird versucht, Fe-Elemente in Lithiumeisenphosphatmaterialien durch Mn-Elemente zu ersetzen. Relevante Experimente und Berechnungen haben jedoch gezeigt, dass LiMnPO4 eine sehr schlechte Leitfähigkeit aufweist und die Elektronenleitfähigkeit viel niedriger als LiFePO4 ist. Infolgedessen ist die Verdopplungsleistung des Materials extrem schlecht und es ist fast unmöglich, sich zu entladen.

Infolgedessen zogen sich die Menschen auf den zweiten Platz zurück und untersuchten stattdessen LiMn1-xFexPO4, ein festes Lösungsmaterial aus Lithiumeisenphosphat und Lithiummanganphosphat. Einerseits erbt dieses Material die "relativ gute" Leitfähigkeit von LiFePO4 und erbt auch die höhere Betriebsspannung von LiMnPO4.

Um die Leitfähigkeit von Lithiumferromanganphosphatmaterialien zu verbessern, haben Menschen versucht, eine Vielzahl von Materialien abzudecken, von denen das erfolgreichste und ausgereifteste das Graphitbeschichtungsverfahren ist, aber weil Graphit kein kontinuierliches leitendes Netzwerk auf der Oberfläche von bilden kann Die Materialpartikel, daher ist die Verbesserung der Eigenschaften von Lithiumferromanganphosphatmaterial durch Graphit sehr begrenzt.

Graphenmaterialien bestehen aus einschichtigen oder niedrigschichtigen Graphitatomen und weisen eine gute Leitfähigkeit auf. Sie sind derzeit die leitfähigsten Materialien in bekannten Materialien. Das Aussehen von Graphen gibt den Menschen eine zusätzliche Wahl. Die ausgezeichnete Leitfähigkeit von Graphen kann die Elektronenleitfähigkeit von Lithiumeisenphosphatmaterial signifikant verbessern und die Verdopplungsleistung des Materials verbessern.

Gegenwärtig gibt es zwei Hauptmethoden für die Graphenbeschichtung von Lithiumeisenphosphat: die Rückwärtsmethode und die Vorwärtsmethode. Das Rückwärtsverfahren besteht darin, eine Schicht einer Graphenschicht auf der Oberfläche des Materialteilchens durch mechanisches Mischen und Selbstorganisation auf der Oberfläche des synthetisierten Lithiumeisenphosphat-Materialteilchens zu bilden.

Das Vorwärtsverfahren besteht darin, Pyrolysekohlenstoff durch Pyrolyse von organischer Fe-Substanz zu bilden, eine Schicht einer Graphenschicht auf der Oberfläche des Materialteilchens durch katalytische Carbonisierung zu bilden oder den Vorläufer FePO4 direkt in der Graphenoxidlösung zu synthetisieren, um ihn an das Graphenoxid zu binden . Auf der Folie wird Lithiumeisenphosphatmaterial synthetisiert.

Da es nur einen eindimensionalen Li + -Diffusionskanal für Olivinmaterialien gibt, ziehen wir es vor, eine Schicht von mehreren hundert Nanometern Graphen auf der Oberfläche der Lithiumeisenphosphat-Primärteilchen zu bedecken, um die Elektronenleitfähigkeit und die Ionenleitfähigkeit des Materials gleichzeitig zu verbessern. Die Absicht.

Kürzlich synthetisierten WeiXi von der Sichuan-Universität und andere mit Ferromanganphosphat-Lithium beschichtetes Graphen nach der Forward-Methode. Sie synthetisierten zuerst das mit Graphen beschichtete Nanometer-Li3PO4-Material in der Graphenoxidlösung durch gemeinsame Ausfällung und reagierten dann den Vorläufer mit Mn2 + und Fe2 + in der Ethylenglykollösung durch ein Lösungsmittelwärmeverfahren, um LiMn 0,5 Fe 0,5 PO4-Material zu erhalten. Das Graphenoxid wird dann zu Graphen reduziert. Das Material erbt die Morphologie des Vorläufers Li3PO3. Sein Teilchendurchmesser beträgt nur etwa 20 nm, was den Diffusionsabstand von Li + stark verkürzt. Die Graphen-Netzwerkstruktur verleiht dem Material eine gute Leitfähigkeit. Performance.

Elektrochemische Tests ergaben, dass das Material zwei Spannungsplattformen enthält, 3,4-3,6 V bzw. 4,0-4,1 V, entsprechend Fe2 + / Fe3 + bzw. Mn2 + / Mn3 +.

Der Kapazitätstest ergab, dass das Material nach erneuter Kohlenstoffbeschichtung 166 mAh / g erreichen kann. Aufgrund der guten Leitfähigkeit des Materials hat das Material eine gute Multiplikatorleistung bei 0,1 ° C, 0,2 ° C, 0,5 ° C, 1 ° C, 3 ° C, 5 ° C. Beim Vielfachen von 10 ° C und 20 ° C erreichte die spezifische Kapazität des Materials 166.156.136.126.115.107.101.90 mAh / g und die Energiedichte des Materials erreichte ebenfalls 612 Wh / kg, was höher ist als die von Lithiumkobaltsäure. Mit 500 Zyklen bei 1 ° C hat das Material eine Kapazitätsretentionsrate von 92%, was eine hervorragende Recyclingleistung zeigt.

Das mit Graphen beschichtete Nanometer LiMn 0,5 Fe 0,5 PO4-Material, das durch dieses Verfahren synthetisiert wurde, hat das Problem der schlechten Materialleitfähigkeit und der Li + -Diffusionsschwierigkeiten überwunden, die Verdopplungsleistung des Materials verbessert und die Energiedichte des Materials verbessert. Derzeit besteht das größte Problem bei diesem Verfahren darin, dass die Kosten für Graphen zu hoch sind, was die Kosten des gesamten Materials erhöht.

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