लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) बैटरियों के दर प्रदर्शन में सुधार कैसे करें?

एलएफपी बैटरियों को अच्छे चक्र प्रदर्शन की विशेषता है, लेकिन उनका दर प्रदर्शन टर्नरी लिथियम बैटरी की तुलना में काफी खराब है। इसलिए, कच्चे माल और फॉर्मूलेशन डिज़ाइन दोनों पर ध्यान केंद्रित करके एलएफपी बैटरियों के दर प्रदर्शन में सुधार प्राप्त किया जा सकता है।

लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO₄, LFP), सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली कैथोड सामग्रियों में से एक के रूप में, दो मुख्य कारकों के कारण खराब दर प्रदर्शन से ग्रस्त है: पहला, ओलिवाइन संरचना में असंतत FeO₆ नेटवर्क कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता (लगभग 10⁻⁹~10⁻¹⁰ S/cm) की ओर जाता है; दूसरा, संकीर्ण एक {{2}आयामी Li⁺ प्रसार चैनलों के परिणामस्वरूप धीमी लिथियम{3}आयन प्रसार दर (लगभग 10⁻¹⁴~10⁻¹⁶ cm²/s) होती है। सीधे शब्दों में कहें तो, उच्च दर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान, इलेक्ट्रॉन और लिथियम आयन परिवहन दक्षता मौजूदा मांग के अनुरूप नहीं रह पाती है, जिससे ध्रुवीकरण बढ़ जाता है और क्षमता में महत्वपूर्ण गिरावट आती है।

निम्नलिखित में सामग्री, इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स से लेकर समग्र डिजाइन प्रणाली तक सुधार रणनीतियों की रूपरेखा दी गई है।

1. कैथोड सामग्री संशोधन:

(1) नैनोस्ट्रक्चरिंग - ट्रांसमिशन दूरी को छोटा करना:

एलएफपी कणों के आकार को नैनोस्केल में कम करने से ठोस चरण में ली⁺ के प्रसार पथ को काफी छोटा किया जा सकता है, जिससे चार्ज और डिस्चार्ज का समय कम हो जाता है। झरझरा एलएफपी माइक्रोस्फीयर (नैनोकणों से इकट्ठे) उच्च दर प्रदर्शन और उच्च वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व को जोड़ते हैं, जिससे वे एक पसंदीदा दिशा बन जाते हैं जो व्यावहारिकता और प्रदर्शन को जोड़ती है। हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि शुद्ध नैनोमटेरियल्स में कम संघनन घनत्व होता है और आमतौर पर दर प्रदर्शन और वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व को संतुलित करने के लिए बड़े कणों के साथ वर्गीकृत करने की आवश्यकता होती है।

(2) कार्बन कोटिंग - इलेक्ट्रॉन चैनल खोलना

प्रवाहकीय कार्बन परत के साथ एलएफपी कणों की सतह को समान रूप से कोटिंग करना सबसे व्यावसायिक रूप से परिपक्व संशोधन विधि है। कार्बन परत कणों के विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ा सकती है, Li⁺ प्रवासन दूरी को कम कर सकती है, और साथ ही एक प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण कर सकती है। कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) और ग्राफीन जैसी उन्नत कार्बन सामग्री की शुरूआत एक "बिंदु{2}}रेखा{{3}सतह" तीन{4}}आयामी परिप्रेक्ष्य से एक अत्यधिक कुशल प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण कर सकती है, जिससे दर प्रदर्शन में और सुधार हो सकता है। वानरुन न्यू एनर्जी का नवीनतम पेटेंट कोटिंग परत में आयरन कार्बाइड (द्रव्यमान द्वारा 0.7% ~ 3.1%) को शामिल करके पाउडर प्रतिरोधकता और आयरन लीचिंग को कम करता है, जिससे क्षमता, साइक्लिंग प्रदर्शन और दर प्रदर्शन में एक साथ सुधार होता है।

(3) आयन डोपिंग - जाली आंतरिक भाग से त्वरण

ली साइटों पर Na⁺ का डोपिंग जाली विस्तार को प्रेरित कर सकता है और Li⁺ प्रसार चैनलों को चौड़ा कर सकता है; Fe साइटों पर Ti⁴⁺ डोपिंग से जाली स्थिरता और प्रतिवर्ती क्षमता में सुधार हो सकता है। चोंगकिंग यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी में लू वेनयान के अनुसंधान समूह ने कार्बन {{2}लेपित एलएफपी के लिए Na {1}Ti सहक्रियात्मक डोपिंग का उपयोग किया, जिससे 5C उच्च दर पर 1000 चक्रों के बाद 100% क्षमता प्रतिधारण और 99.54% की कूलम्बिक दक्षता प्राप्त हुई, जो बेहद उत्कृष्ट दीर्घकालिक उच्च {{8}दर साइक्लिंग स्थिरता का प्रदर्शन करती है। हुनान युनेंग के हाल ही में "मल्टी{10}एलिमेंट कार्बन सोर्स मॉडिफिकेशन" के लिए अधिकृत पेटेंट भी धातु {{11}कार्बनिक फ्रेमवर्क, कोबाल्ट नाइट्रेट और कॉपर नाइट्रेट सहक्रियात्मक संशोधन के सिलोक्सेन ग्राफ्टिंग के माध्यम से बेहतर दर प्रदर्शन और साइक्लिंग स्थिरता प्राप्त करता है।

2. उन्नत सिंटरिंग प्रक्रिया: हीट ट्रीटमेंट दुविधा को तोड़ना

एलएफपी का कार्बोथर्मिक संश्लेषण आम तौर पर 600{6}}800 डिग्री पर किया जाता है। इस तापमान पर, परिणामी कार्बन परत में क्रिस्टलीयता कम होती है, और इसकी चालकता तेज़ चार्जिंग आवश्यकताओं के लिए अपर्याप्त होती है। हालाँकि, तापमान बढ़ने से अनाज मोटा हो जाता है, जो दर प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव डालता है। चाइनीज यूनिवर्सिटी ऑफ हांगकांग (शेन्ज़ेन) में झांग मिंगजियान के नेतृत्व वाली टीम ने ली ऑटो के सहयोग से एक अल्ट्राफास्ट सिंटरिंग रणनीति विकसित की है: केवल 10 सेकंड के लिए वाणिज्यिक एलएफपी को 1000 डिग्री पर उजागर करना और उसके बाद तेजी से ठंडा करना, साथ ही सतह कार्बन परत क्रिस्टलीयता में सुधार करना (सी {{7} ओ दोष को कम करना) और थोक लिथियम {13} आयन प्रसार क्षमता (एफई / ली एंटीसाइट सामग्री को दोगुना करना), जबकि नैनोस्केल अनाज को संरक्षित करना आकार. संशोधित एलएफपी 25% से अधिक दर प्रदर्शन सुधार प्रदर्शित करता है, 5000 फास्ट चार्जिंग चक्रों के बाद केवल 9.8% क्षमता में कमी आती है। इस विधि में किलोग्राम पैमाने को ऊपर लाने के लिए एक मानक ट्यूब भट्ठी में केवल सरल संशोधन की आवश्यकता होती है, जो वाणिज्यिक सामग्रियों के लिए कम लागत वाला "पोस्ट-प्रोसेसिंग अपग्रेड" पथ प्रदान करता है।

3. कंडक्टिव एजेंट ऑप्टिमाइज़ेशन: एक त्रि-आयामी कंडक्टिव नेटवर्क का निर्माण

अलग-अलग प्रवाहकीय एजेंट इलेक्ट्रोड में अलग-अलग भूमिका निभाते हैं: प्रवाहकीय कार्बन ब्लैक (एसपी) छोटे {{1}रेंज कनेक्शन जैसे बिंदु का निर्माण करता है, कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) रैखिक माध्यम का निर्माण करता है, और ग्राफीन (जीएन) समतल लंबी दूरी के कनेक्शन का निर्माण करता है। जब संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो वे "बिंदु{6}रेखा-तलीय" का एक त्रि{{5}आयामी सहक्रियात्मक प्रवाहकीय नेटवर्क बनाते हैं, जो इलेक्ट्रोड प्रतिरोध को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है और बैटरी दर और चक्र प्रदर्शन में सुधार करता है। टर्नरी मिश्रित प्रवाहकीय एजेंटों (कार्बन ब्लैक + सीएनटी + ग्राफीन) को लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों में सर्वोत्तम गतिज प्रदर्शन सुधार प्रभाव के लिए सत्यापित किया गया है।

4. इलेक्ट्रोलाइट अनुकूलन: सिनर्जिस्टिक लिक्विड-चरण त्वरण

इलेक्ट्रोलाइट एक तरल चरण माध्यम है जिसके माध्यम से Li⁺ सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच स्थानांतरित होता है। इलेक्ट्रोलाइट का अनुकूलन दर प्रदर्शन में सुधार का एक अनिवार्य हिस्सा है। अनुकूलन निर्देशों में शामिल हैं:

Lithium Salt Selection: LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide) has good thermal stability (>200 डिग्री) और उच्च आयनिक चालकता। इसे LiPF₆ के साथ संयोजित करने से (उदाहरण के लिए, 3:1 अनुपात में) लागत और दर प्रदर्शन को संतुलित किया जा सकता है। विलायक प्रणाली: कम चिपचिपापन वाले विलायक (जैसे डीएमई, एमए) ली⁺ परिवहन को तेज कर सकते हैं, लेकिन सुरक्षा पर विचार किया जाना चाहिए; एफईसी (5%~10%) को जोड़ने से एसईआई फिल्म की कठोरता में सुधार हो सकता है और लिथियम डेंड्राइट गठन को रोका जा सकता है।

कार्यात्मक योजक: वीसी (एथिलीन कार्बोनेट, 1%~2%) एक सघन एसईआई फिल्म बना सकता है और इंटरफेशियल प्रतिबाधा को कम कर सकता है; LiNO₃ और LiFSI का संयोजन नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर SEI परत युक्त एक स्थिर Li₃N - बना सकता है। एक अनुकूलित इलेक्ट्रोलाइट (एथिलीन कार्बोनेट + डाइमिथाइल कार्बोनेट + एथिल मिथाइल कार्बोनेट सॉल्वैंट्स के रूप में, वीसी, 1,3 {{11%) पीएस, एफईसी, और एसीटोनिट्राइल को एडिटिव्स के रूप में उपयोग करके), क्षमता प्रतिधारण दर 3C चार्ज-डिस्चार्ज के 900 चक्रों के बाद 95.6% और 6C के 1000 चक्रों के बाद 87% तक पहुंच जाती है, जिससे रेट साइक्लिंग प्रदर्शन में काफी सुधार होता है।

5. इलेक्ट्रोड संरचना डिजाइन: ग्रेडिएंट पोरसिटी डिकॉउलिंग आयन ट्रांसपोर्ट

पारंपरिक एकल परत मोटे इलेक्ट्रोड में, वर्तमान कलेक्टर के पास सक्रिय सामग्री को अत्यधिक लंबे आयन परिवहन पथ के कारण प्रतिक्रिया में भाग लेना मुश्किल होता है। दोहरी परत कोटिंग तकनीक का उपयोग करके, एक छिद्र बनाने वाले एजेंट (जैसे अमोनियम बाइकार्बोनेट) को वर्तमान कलेक्टर से दूर स्थित इलेक्ट्रोड कोटिंग में पेश किया जाता है, जो वर्तमान कलेक्टर से इलेक्ट्रोड सतह तक धीरे-धीरे बढ़ते छिद्र के साथ एक ढाल छिद्र संरचना का निर्माण करता है। प्रयोगों से पता चलता है कि ग्रेडिएंट छिद्र डबल {{5} परत मोटी इलेक्ट्रोड (77.3 μm) अभी भी कमरे के तापमान पर 5C दर पर 40 एमएएच/जी की डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता बनाए रखता है, जबकि समान क्षेत्र घनत्व वाले एकल - परत इलेक्ट्रोड में 5C डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता 0 है। ग्रेडिएंट छिद्र संरचना मोटी इलेक्ट्रोड के भीतर पर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट गीलापन और तेजी से आयन परिवहन को बढ़ावा देती है, जबकि उच्च संघनन घनत्व (से अधिक) या 2.6 ग्राम/सेमी³ के बराबर) आंतरिक प्रतिरोध को कम करने और दर प्रदर्शन को और बेहतर बनाने में मदद करता है।

हमारे बारे में

एसी बुद्धिमानउच्च {{0}अंत लिथियम {{1}आयन बैटरी उपकरण के अनुसंधान एवं विकास और विनिर्माण में विशेषज्ञता। हम बैटरी सेल उत्पादन लाइनों (बेलनाकार, सिक्का और पाउच सेल) और बैटरी पैक असेंबली लाइनों दोनों के लिए एकीकृत वन-स्टॉप समाधान प्रदान करते हैं। लिथियम आयन बैटरी उद्योग में अपनी स्वयं की सेल या पैक असेंबली लाइन स्थापित करने के इच्छुक नए लोगों के लिए, हम पेशेवर तकनीकी सहायता और मार्गदर्शन प्रदान करते हैं। हमसे संपर्क करने के लिए कृपया स्वतंत्र महसूस करें।

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