O le a le faiga ole tali atu ole Battery?

O le a le faiga ole tali atu ole Battery?

I le taimi nei, e leai se malamalamaga sa'o ma tumau i le fa'aogaina o le eletise ole LiFePO₄ ile alamanuia. O le fa'aogaina o le anion tu'ufa'atasi (PO₄)³⁻ e fa'atūina ai le u'amea-se mea fa'ameamea fa'apitoa mo le lithium-ion maa cathodes. Ae ui i lea, o le fausaga tioata o le LiFePO₄ e fa'atapula'a ai lona fa'aosoina ma le lithium-iona fa'asalalau fa'agaioiga, ma fa'aitiitia ai le fa'aogaina o mea fa'aeletonika. E le pei o mea fa'apipi'i, o le li'o -totogi o le LiMPO₄ e masani lava ona i ai se laugatasi mafolafola, o se uiga masani o lua-fa'agaiuga o vaega, o lona uiga o se fa'agasologa o suiga i le va o le LiMPO₄ ma le MPO₄ e tupu i le taimi o le lithium-ion intercalation/deintercalation.

O le LiFePO4 e alu i se faiga e lua-fa'asaga i le taimi o le fa'atumuina ma le tu'u i totonu o le maa, fa'apea

Reaction mechanism model

I le taimi o le molia, e alu ese Li⁺ mai le FeO₆ layer, e ui atu i le electrolyte, ma ulu atu i le eletise leaga. Fe²⁺ o lo'o fa'ama'iina i le Fe³⁺, a'o fa'aeletonika mai le ta'amilosaga i fafo i le eletise leaga e ala i le so'o fa'afeso'ota'i ma le aoina o lo'o iai nei. O le fa'agasologa o le tu'uina atu o le fa'afeagai.

E fa'amatala ai le lua-fa'agaioiga, Padhi ma Goodenough et al. na mua'i fa'atūina le "autu-ata fa'ata'ita'iga," lea e fa'apea o le lithium-ion intercalation/deintercalation process e tupu i le LiFePO₄/FePO₄ lua-fase interface, e pei ona fa'aalia i le Ata 4-3a.

I le taimi o le molia, o le LiFePO₄/FePO₄ fesoʻotaʻiga o loʻo faʻaauau pea ona alu ese mai le pito i luga agai i le ogatotonu, tulei agai i totonu. O le Li⁺ e alu pea i fafo, ma le LiFePO₄ pito i fafo o loʻo faʻaauau ona liua i le FePO₄. Lithium ions ma electrons o lo'o fa'aauau pea ona ui atu ile lua -fase interface fa'ato'a fa'atumauina le lelei o le taimi nei, ae o le lithium-ion diffusion e tumau pea i lalo o nisi tulaga. A o faʻaitiitia le fesoʻotaʻiga i le va o vaega e lua, o le faʻasalalauina o ion lithium o le a iu lava ina le lava e faʻatumauina ai le lelei o le taimi nei. Ole LiFePO₄ i totonu ole vaega ole vaega ole a le fa'aogaina atoatoa, e mafua ai le gau o le malosi. A mae'a le fa'atumuina, o le LiFePO₄ e le'i fa'aaogaina o le a tumau i le ogatotonu o le vaega.

Mafaufau e mafai e le lithium ions ona faʻafesoʻotaʻi ma faʻamavae i le tele o nofoaga, Andersson et al. fa'atūina le fa'ata'ita'iga mosaic e fa'amatala ai le gau muamua o le malosi, e pei ona fa'aalia i le Ata 4-3b. O le fa'ata'ita'iga mosaic o lo'o fa'apea e ui lava o le fa'aogaina o le lithium ion ma le deintercalation o lo'o i le LiFePO₄/FePO₄ lua-fase interface, e mafai ona tupu le fa'agasologa i so'o se nofoaga i totonu o le vaega. I le taimi o le molia, o le FePO₄ e faʻalauteleina i itu eseese i luga o le vaega, ma o pito o nei itulagi e fesoʻotaʻi-fesoʻotaʻi, faʻatupuina le tele o sone mate e le mafai ona faʻaalia, ma mafua ai ona leiloa le gafatia. I le taimi o le faʻamalolo, e tupu le tali faʻafeagai, faʻatasi ai ma ion lithium e fesoʻotaʻi i le vaega FePO₄. O le vaega o lo'o i totonu o lo'o le feso'ota'i ai ion lithium e mafua ai le gau o le malosi.

Figure 4-3 Lithium-ion intercalation/deintercalation model of lithium iron phosphate battery

E lua fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga na fausia i le taimi e tasi, ae o le fa'ata'ita'iga autu-o le atigi fa'ata'ita'iga e sili atu ona talia e tagata su'esu'e, e ui o mea fa'apitoa o le atigi ma le 'autu o lo'o tumau pea le finau. Faʻavae i luga o nei faʻataʻitaʻiga e lua, e mafai ona faʻauʻuina o le faʻasalalauina o kinetics o lithium ions ma le tau o mea taua ia mo le faʻaaogaina o le mea eletise atoa. I le sauniuniga o mea faʻapipiʻi lithium iron phosphate cathode, o loʻo faia taumafaiga e maua mai ai vaega laiti ma le tutusa o le lapopoa (nanoscale poʻo microporous), faʻaaogaina le carbon coating (nanocarbon film) ma le doping ion e faʻaleleia ai le amio ma le faʻasalalauina o le lithium.

Faatasi ai ma se malamalamaaga loloto o mea a le LiMPO, na maua ai o nei faʻataʻitaʻiga e lua ua le amanaʻia uiga maualuga o le anisotropic o felauaiga ion lithium i mea LiMPO. Laffont na fa'atūina se "Fa'ata'ita'iga o atigi Fou-" e fa'asa'o ai fa'aletonu o le fa'ata'ita'iga o atigi-autu." O le fa'avaeina o lea mea, na su'esu'e ai e Delmas vaega o le LiFePO i setete fa'aitiitiga 'ese'ese ma fa'atūina se "Fa'ata'ita'iga o Domino-cascade," e fa'amatala lelei ai le fa'atinoina o le fa'atonuga vave ma le fa'asa'olotoina o vaega nanoscale, e pei ona fa'aalia i le Ata 4-4.

E ui lava i le tele o eseesega i le va o fa'ata'ita'iga ua ta'ua i luga, o le mataupu autu o lo'o taoto i le va'aiga ma le fa'avasegaina o vaega e lua-fa'atasi. Talu ai o le kinetics o le lithium insertion/extraction ma le fa'asologa o vaega e fa'alagolago tele i le tele o vaega, morphology, ma physicochemical properties o mea, o talanoaga i luga (e aofia ai feteʻenaʻiga i le va o faʻataʻitaʻiga) atonu e mafua ona o le le lava o faʻataʻitaʻiga tulaga.

Faʻatasi ai ma le atinaʻeina o microscopy ma spectroscopy, faʻamalo vaifofo tali ma vaega vaeluaga ua mataʻituina ma iloa i le taimi o le suiga o vaega o mea LiMPO4, e faʻaalia ai e mafai ona i ai se isi faʻagasologa o suiga i mea LiMPO4. I tali masani o vaifofo, o le sela ma le voluma e fa'aalia ai suiga faifaipea i taimi o suiga vaega. E ala i nisi tulaga ogaoga o le su'ega ma metotia fa'ata'ita'iga, e pei ole ultra-meamea laiti (nanoscale) ma le maualuga-rate taulia-tu'u atu (i luga a'e o le 10C), fa'alogoga vaifofo mautu ma le i ai o vaega vaeluaga ua matauina i le LiMPO4.

Fa'asologa o vaega i le taimi o fa'agaioiga-fa'ave'esea i le vevela o le potu. O ma'a Lithium-o lo'o fa'aalia lelei le toe fa'afo'i i le taimi o ta'amilosaga-fa'ave'esea, lea e feso'ota'i ma le fa'atutusa i le va o tulaga o le vaega pe a uma le lithium-ion deintercalation/intercalation. A'o fa'agasolo -totogi, o le pala o le malosi o le maa e feso'ota'i vavalalata ma le fa'agasologa o suiga o vaega. E tusa ai ma le fausaga o le LiFePO4, o le [100]pmnb e sili ona lelei mo femalaga'iga lithium-iona, ma o le feso'ota'iga i le va o vaega e lua e fealua'i i le c{11}}axis a'o fa'agasolo atu{12}}fa'aga.

(1) LiFePO₄/FePO₄The ratio of LiFePO₄/FePO₄ changes continuously with the battery charge-discharge reaction (the value of x in LiₓFePO₄ changes continuously). As lithium ions are extracted, the intensity of the diffraction peak produced by LiFePO₄ gradually decreases. When δ>0.2, ua amata ona mou atu le tumutumu o le feeseeseaʻi o Li₁₋δFePO₄, ma ua faasolosolo malie ona faateleina le malosi o le tumutumu o le feeseeseaʻi na gaosia e le FePO₄. I le isi itu, aʻo faʻapipiʻiina iona lithium, o le malosi o le faʻafefeteina pito i luga o loʻo gaosia e le FePO₄ e faasolosolo malie ona faʻaitiitia, ma faʻasolosolo malie le malosi o le maualuga o le diffraction na gaosia e Li₁₋δFePO₄.

(2) LiₓFePO₄/Li₁₋yFePO₄O le LiₓFePO₄ i le vevela o le potu o se paluga o Fe³⁺/Fe²⁺ fefiloi -valence mesophase LiₐFePO₄/Li₁₋ FePO₄. ma fa'atusalia le tele o le va'ava'a ma le fa'alavelave oso i le taimi o le fa'atonuina ma le fa'asa'oina. O le pa'u o le neutron diffraction na fa'aalia ai o tau sili ona lelei mo ma o le 0.05 ma le 0.11, i le faasologa. O mea e pei ole ion doping, vevela, u'amea fesuia'i, lapopo'a, ma le -tulaga paleni i le ova malosi e a'afia uma ai tau o ma . Faʻateleina le taua o le ma o le a faʻaleleia le faʻatinoga o le gaioiga o le tali eletise i le taimi o le faʻatauina ma le lafoaia i le vevela o le potu.

I le 450 tikeri, o loʻo i ai se vaifofo mautu o le LiₓFePO₄, ae i le vevela o le potu, e lua vaega metatable o loʻo iai: Li₀.₇₅FePO₄ ma Li₀.₅FePO₄. I luga a'e o le 500 tikeri , LiₓFePO₄ amata ona pala i ni mea e le-olivine; o le tuufaatasiga ma le anotusi o nei phosphates po o phosphides e faalagolago i le tau o le x. I le va o le 400 ma le 500 tikeri, na o se vaifofo mautu o LiₓFePO₄ o loʻo iai.

O suiga i le taimi o le malulu e sili atu ona lavelave nai lo suiga i le taimi o le faʻamafanafanaina. O le tuufaatasiga o le paluga i le taimi o le malulu e faalagolago i le tau o le x ma le faagasologa vevela. A mālūlū, e fa'apala muamua le LiₓFePO₄ i se fa'afefiloi o vaega e lua e le -olivine, e fa'atatau i le tau muamua o le vevela ma le x. A o'o i lalo le vevela (140±20tikeri), o le lua -fase faiga e avea ma faiga e sili atu ona lavelave, lea e ola fa'atasi ai le LiFePO₄ ma le FePO₄ fa'atasi ai ma isi mea fa'apipi'i -olivine e lua, Liₓ₁FePO₄ ma Liₓ₂FePO₄. O le matuaina o lenei paluga i le vevela o le potu e mafua ai ona fa'asolosolo malie le fa-fa'avae faiga i se lua-fa'aga o le LiFePO₄ ma le FePO₄.

Battery reaction mechanism

FePO₄ o lo'o iai i le tele o fausaga: ① A mae'a mae'a fa'amuta o le LiFePO₄, ona fa'atupuina lea o le FePO₄ orthorhombic; ② Triclinic FePO₄ e iai lona fausaga -kuata, fa'atasi ai ma fa'amaopoopo tetrahedral uma; ③ Monoclinic ma orthorhombic FePO₄ e mafai ona saunia mai a latou suauʻu. O nei ituaiga tioata uma o FePO₄, faʻapea foʻi ma le amorphous FePO₄, e mafai ona liua i le triclinic FePO₄ pe a faʻamafanafanaina.

O le suiga mai le LiFePO₄ i le FePO₄ e telegese ma le atoatoa, ae maeʻa pe a sili atu le vevela i le 500 tikeri. I lalo o tulaga faagaoioia maa, o mea cathode e mautu kinetically. I le taimi o le tuʻufaʻatasiga o le LiFePO₄, e taua tele le faʻamautinoa o le leai o se FePO₄. Afai o iai, o le triclinic FePO₄ o le a fa'atupuina pe a fa'avevela, e i'u ai i le -se vaega tioata e le fa'aeletise i luga ole mea i le vevela maualuga.

Ion doping e mafai ona faʻaleleia le faʻauluina o mea. P-ituaiga semiconductor mea fa'aoso fa'aoso fa'atasi ma le conductivity e o'o atu i le 10⁻² S/cm e maua e ala i le fa'atosina o le ion. Doping o se faiga faigata tele: i le tasi itu, density functional theory (DFT) calculations o le fausaga faaeletonika o LiFePO₄ i lalo o le local density approximation (LDA) ma generalized gradient approximation (GGA) faaalia ai e tatau ona faaalia e le mea uiga o se mea metallic po o se mea semiconductor, faatasi ai ma se faaili conduction ma valence band lautele o le tusa ma le 0 e iloagofie ai. I le isi itu, mafaufau i fegalegaleaiga o orbital electron ma fegalegaleaiga Coulomb pe a uma le ion doping, o le faʻaleleia atili o le fausaga valence band e mafai ona mafai.

O fa'atusatusaga a le DFT o le Mg- po'o le Cr-doped LiFePO₄ o lo'o fa'aalia ai le maualuga o le mafiafia o setete fa'aeletoroni o lo'o latalata i le maualuga o le Fermi, lea e fa'amatala ai le fa'agaoioiga u'amea o mea fa'apipi'i. O le suiga i le conductivity e mafua mai i le doping ion atonu e fesoʻotaʻi ma mea nei:

1) O pito o itu o le ave taavale ua u'amea.

2) Ion doping e fa'aiti'itia le lautele o le valence band ma le fa'aulu.

3) E sili atu i se faʻatonuga faʻapitoa, o le galu eletise o le dopant ions e taʻitaʻia ai le faʻavaeina o se faʻaulu.

4) Le ituaiga, faʻatonuga, ma le tufatufaina o ions dopant.

5) I le tele o u'amea u'amea M-O, e aliali mai se fa'a'au fa'ameamea pe a la'ititi ifo le mamao o le M-M i le 3 × 10⁻¹⁰ m.

6) I le taimi o le tuʻufaʻatasiga, o le faʻaopoopoga o le carbon carbon e mafua ai le faʻapipiʻiina o meafaitino, faʻatupuina se ala faʻaleleia lelei.

7) O foliga vaaia o le Fe₂P. I le taimi o le tuʻufaʻatasiga, o le faʻaopoopoina o le kaponi sili atu e faʻaitiitia ai le phosphate.

Ion doping and conductivity

8) O le Fe³⁺/Fe²⁺ redox pair e galue e fai ma faʻamalosi i le faʻaitiitia o le LiFePO₄.

LiFePO₄ o lo'o fa'aalia le fa'agaoioiga i mea fa'aeletise e masani ona fa'aaogaina. Ole amio fa'aeletise ole mea e matua'i fa'amaopoopoina ma lona kemisi i luga ole la'au eletise. E masani lava, o se ata fa'agasolo e fai i luga o le mea. O lenei ata e fa'afaigofie ai le fa'asalalauina o le lithium-ion, puipuia le to'esea o mea ga'i, ma e tatau ona tatalia le voluma ma suiga o luga a'o fa'aofiina ma aveese mai le lithium-iona. O ata tifaga o le LiFePO₄ ua ufiufi kaponi o lo'o iai mea fa'afefiloi e pei o le LiF, LiPF₆, LiₓFᵧ⁻, ma le LiₓPOᵧFᶻ⁻.

Ole eletise masani e masani ona iai alkyl carbonates ma masima lithium. O mea o le cathode e tele ni gaioiga e mafai i le electrolyte. Mo se fa'ata'ita'iga, i vaifofo o le LiPF₆, o le ga'o -base acid i le va o le LiFePO₄ ma le aofa'i o HF e le mafai ona alofia. O le i ai o le HF i le electrolyte e lua aʻafiaga leaga: muamua, o le suiga o le tali i le va o ion uʻamea ma protons; ma le lona lua, o le tali atu o Li ion ma F i luga ole laiga e fausia ai le LiF, lea e taofia ai le faasalalauina o Li⁺.

u'amea solo i electrolytes. O suʻesuʻega i le faʻamavaeina o le uʻamea o le LiFePO₄ i electrolytes eseese na faʻaalia ai mea nei:

1) I electrolytes saoloto mai acidic contaminants, e oo lava i le maualuga o le vevela, o le faʻamavaeina o ion uʻamea ma le iʻuga o le tele o le leiloa o mea galue e faʻatauvaʻa.

2) Ole maualuga ole vaifofo ole acidity e tau atu i le fa'amavaeina o ion iron.

3) O le maualuga o le vevela e taʻitaʻia ai le faʻamavaeina o ion iron.

4) Ole maualuga ole kaponi i totonu ole meafaitino e maua ai le mautu o meafaitino.

O le vaega fa'afeso'ota'i i le va o mea ga'oi ma le mea fa'apipi'i e sili ona a'afia ile pala. E mafai ona 'alofia lenei pala e ala i le fa'aogaina o le alkaline mesophase po'o le fa'aogaina o mea fa'apipi'i fa'ama'i. I ma'a lithium-iona o lo'o fa'aogaina le LiFePO₄ e fai ma mea cathode, e le-oona fa'aeletise po'o le fa'aopoopo o le kaponi po'o le ufiufi o le LiFePO₄ e mafai ona fa'aoga e puipuia ai le gau tele.

E le'i malamalama atoatoa i uiga o le LiFePO₄ cathode. E masani ona talitonu o le lapopoa ma le tufaina o fasi mea'ai, fe'avea'i, fa'asalalauina o ion, kinetics a'o fa'agasolo vaega (totogi-fa'agaso'o), ma le fa'auluina o le kaponi/doping e a'afia uma ai le fa'atinoga o le ma'a i tau eseese-tu'u ese. Tulaga tutusa carbon doping o lona uiga o lithium ions ma electrons e mafai ona faʻaofi ma faʻapipiʻi i le nofoaga lava e tasi i le mea o loʻo galue, faʻaitiitia ai le polarization electrode.

(1) Fa'aa'afiaga ole Fa'a'ave'avega O le ta'avale maualalo ole LiFePO₄ mama e ta'ita'i sa'o atu ile fa'aitiitia o le maualuga-o le malosi o le alu o le ma'a. O le conductivity o le mama LiFePO₄ e tusa ma le 10⁻⁹ S/cm, ma o le gafatia lafoai pa'ū matuitui mai le 148 mA·h/g i le 0.2C fua faatatau lafoaia i le 85 mA·h/g i le 5C fua faatatau. O le maualuga-saisa o le alu ese o mea o le cathode e le fa'atupula'ia i taimi uma pe a fa'ateleina le fa'aoso. I le maualalo o le conductivity, o le faateleina o le conductivity e faaleleia ai le electrochemical kinetics o mea. A sili atu le fa'atonuga o meafaitino i se tau taua, o le fa'aulu e le toe avea ma mea e fa'amauina ai le gafatia tau o mea. LiFe₀.₉Ni₀.₁PO₄ (1.0 × 10⁻⁷ S/cm), ma lona conductivity maualalo, e faʻaalia ai le maualuga maualuga -rate le gafatia o le lafoaia nai lo LiFePO₄ (4.0 × 10⁻⁶ S/cm), faʻatasi ai ma le mafai ona lafoaʻi i le 5 m/90 mAg. o le 10C fua faatatau lafoaʻi. E ta'u mai ai o le fa'asalalauina o le lithium-iona atonu na suitulaga ai le amio e fai ma mea taua i mea fa'aeletise o ma'a lithium-iona.

(2) Lithium-ion Diffusion Lithium-ion diffusion e fa'atatau i mea e lua i totonu ma fafo. O mea mai fafo e aofia ai le lapopoa o fasimea, tufatufaina, ma le morphology. O mea i totonu e fa'atatau i le lithium-ion diffusion coefficient. O le litium-ion diffusion coefficient o se tau tumau; fa'aitiitia le malosi o le fa'asalalauina o ion lithium i le fa'atuputeleina o le lapopo'a ona o le fa'asalalauina o ion lithium i totonu o le vaega e fa'atupula'ia. O le malosi o le fa'asalalauina o ion lithium e fa'afeagai ma le sikuea o le lapo'a ma fa'atatau tonu i le fa'asoa fa'asoa lithium-iona. Ole lapopo'a ole pa'u e iai sona a'afiaga i luga o le litium{11}}ion diffusion nai lo le diffusion coefficient. E tatau ona tu'ufa'atasia fa'atusatusaga fa'anumera o le lithium{13}}ion diffusion coefficient ma metotia fa'atatau ma fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'i. Ole auala autu ole fua ole galvanostatic titration (GITT) ma le electrochemical impedance spectroscopy (EIS poʻo le AC Impedance).

(3) Lua-fa'aeletise fua fa'atatau: manifinifi-fa'aeletise ata e fa'aleleia ai gaioiga fa'aeletise e ala i le fa'ateleina o le tele o luga. I mea manifinifi-eletiketi, e ulu atu le eletise i le aoina o lo'o iai nei ae o'o atu ion lithium i le eletise mai le itu faafeagai. Faatasi ai ma le fa'avaeina o le FePO₄ layer, ua fa'aitiitia le tete'e atu i le fe'avea'i eletise, ae fa'atupula'ia le fa'agaoioiga o le lithium-iona. FePO₄ muamua faanumeraina i le tioata faaletonu ona tupu a'e lea i itu uma, fa'alavelave le fa'asalalauina -iona lithium se'ia le mafai ona sola ese ion lithium i le [100] itu.