Batterie ayeke sara ye tongana nyen?

Batterie ayeke sara ye tongana nyen?

Na ngoi ni so, a yeke wara pëpe mbeni hingango ye so ayeke na lege ni nga so ayeke gue oko na ndo ti lege so a yeke sara kua na électrochimie ti LiFePO₄ na yâ ti kua ni. A yeke sara kua na a-anion ti composite (PO€)3 so ayeke sara si wen ayeke na yâ ti mbeni ye so ayeke nzoni mingi ndali ti a-cathode ti batterie ti lithium-ion. Me, a yeke na lege ni ti tene e sara kua na LiFePOz€ ti kanga lege na ngangu ti lo ti sara kua na lithium-ion, na ye so asara si kusala ti électrochimie ti aye ni akiri na peko. Na tapande, a yeke wara na yâ ti ambeti ti e ambeni ye so ayeke sara si e lingbi ti sara kua na a-appareil use so ayeke plat mingi, so ayeke mbeni ye so ayeke na yâ ti aréaction use, so ti tene so mbeni processus ti transition ti phase na popo ti LiMPPO na MPO ayeke si na ngoi ti lithium-ion.

LiFePO4 ayeke na yâ ti mbeni mécanisme ti réaction ti phase use na ngoi ti chargement na ti décharge na yâ ti mbeni batterie, so ti tene .

Reaction mechanism model

Na ngoi ti chargement ni, Li ni ayeke hon na yâ ti couche ti FeO₆, lo yeke hon na yâ ti électrolyte ni, na lo yeke lï na yâ ti électrode ni. Fe2⁺ ayeke oxidation na Fe3⁺, na a-électron ayeke londo na circuit ti ita ti gue na électrode so ayeke na lege ni pëpe na lege ti ye so ayeke sara si zo awara conducteur nga na zo so ayeke bungbi aye ti fadeso. A yeke sara kua na décharge ni.

Ti fa peko ti salango ye use so, Padhi na Goodenough et al. kozoni, a fa "Core-tashele," so a fa so lithium-ion ayeke sara kua na lege ti LiFePO₄/FePO₄ use use, tongana ti so a fa na yâ ti tableau 4-3a.

Na ngoi ti chargement, interface ti LiFePO°/FePOM₄ ayeke gue lakue na ndo ti sese, na a yeke pusu na mbage ti core ni. Li⁺ ayeke gue lakue na gigi, na ita ti lo LiFePO₄ ayeke changé lakue ti ga FePOM. A-ion ti lithium nga na a-électron ayeke hon lakue na yâ ti fini ye so a leke ni use so a leke ni use ti bata mbeni courant so ayeke sara kua nzoni, me lithium-ion ayeke ngbâ lakue na gbe ti ambeni ye. Na ngoi so interface so ayeke na popo ti ambage use so ayeke kiri na peko, kangbingo yâ ti a-ion ti lithium ayeke duti ande na nda ni pëpe ti bata mbeni courant so ayeke sara kua nzoni. LiFePO₄ so ayeke na yâ ti core ti particule ni ayeke sara kua nzoni pëpe, na ye so ayeke sara si ngangu ti zo ni abuba. Na peko ti so a charge ni awe, LiFePOz so a sara kua na ni pëpe ayeke ngbâ ande na yâ ti particule ni.

Tongana e bâ so a-ion ti lithium alingbi ti sara kua na oko ngoi nga ti sara si a zia na yâ ti ando mingi, Andersson et al. a leke model ti mosaïque ti fa nda ti akozo ye so lo perdre, tongana ti so a fa na yâ ti tableau 4-3b. Modèle ti mosaïque ni afa so atâa so a yeke sara kua na lithium ion ti sara na dé yôro na yâ ti lithium ni, a yeke wara LiFePOz/FePOse use use, kusala ni alingbi ti si na ndo kue so ayeke na yâ ti particule ni. Na ngoi ti chargement, région ti FePOz₄ akono na ando nde nde na ndo ti akete kete ye ni, nga na ayanga ti arégion so, na a sara si a yeke wara gbâ ti azone so zo alingbi ti sara ye alingbi na ni pëpe, na tongaso a yeke sara si ngangu ti zo ni abuba. Na ngoi ti discharge, réaction ti reverse ni ayeke si, na a-ion ti lithium ayeke lï na yâ ti phase ti FePO₄. Mbage so ayeke na yâ ti core ni so a-ion ti lithium ayeke na yâ ti intercalé pëpe a-résultat ti perte ti ngangu.

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

A leke a-modèle ti théorie use na oko ngoi, me a yeke ye so azo ti gingo nda ti ye ayeda na ni mingi, atâa so ambilimbili ye so ayeke na yâ ti coque ni nga na core ni angbâ ti sara tënë na ndo ni. Na lege ti a-image use so, a lingbi ti tene so diffusion ti a-ion ti lithium nga na charge ayeke aye so ayeke mû desizion ti sara kua na aye kue so ayeke na yâ ti électrode ni. Na yâ ti lekengo a-appareil ti phosphate ti fer ti lithium, a yeke sara ngangu ti wara akete kete ye so ayeke na akete kete ye so ayeke oko (nanocarbure wala microporous), na salango kusala na couche ti carbone (film ti nanocarbone) nga na doping ti a-ion ti sala si a lingbi ti sala kusala nzoni nga ti kangbi yâ ti lithium ion.

Na lege ti mbeni hingango ye so alï mingi na ndo ti aye ti LiMPPO, a bâ so a-image use so abâ pëpe aye so ayeke na yâ ti a-appareil ti LiMPO. Laffont a fa mbeni "Fini Core-Thell" ti leke na afaute ti "core{-ta-shell." Na lekengo ye so, Delmas amanda ye na ndo ti akete kete ye ti LiFePO na yâ ti akodoro nde nde na lo fa mbeni "Domino-cascade," so afa nzoni mingi charge nga na kusala ti lo so ayeke na yâ ti akete kete ye so ayeke na yâ ti nanoscale, tongana ti so a fa na yâ ti tableau 4-4.

Atâa so akota kangbi ayeke na popo ti a-modèle so e sara tënë ni kozo awe, kota tënë ni ayeke na yâ ti prédiction nga na sarango ye ti azo use so ayeke na popo ti ala. Teti so kinetique ti ziango na yâ ti lithium/extraction nga na gbiango ye ti phase ni aluti mingi na ndo ti kota ti akete kete ye ni, mara ti aye ni, nga na asarango ye ti tere ti zo, asalango lisoro so ayeke na nduzu ge (so na popo ni a yeke wara abira na popo ti amodèle) alingbi ti si ndali ti so aye so a sara na yâ ti a-expérience ni alingbi pëpe.

Na lege ti microscopie na spectroscopie, a bâ aréaction ti solution so ayeke ngangu nga na a-intermédiaire na a hinga ni na ngoi ti transition ti phase ti aye ti LiMPPO4, so afa so mbeni kode ti gbiango ye ti phase alingbi ti duti na yâ ti aye ti LiMPO4. Na yâ ti aréaction ti solution so ayeke ngangu pëpe, a-paramètre ti cellule ni nga na volume ti acellule ni ayeke fa achangement so ayeke si lakue na ngoi so a yeke sara kua na a-phase. Na lege ti ambeni ye ti tarango na ye nga na akode ti fango na tënë, tongana ul-small akete kete ye (nano-échelle) nga na kota charge -te charge (6}}discharge (na ndo ti 10C), a yeke wara aréaction ti solution so ayeke ngangu nga na dutingo ti a-intermédiaire na yâ ti LiMPO4.

A-transition ti phase na ngoi ti charge -}}}}}Ta ayeke sara kua na temperature ti chambre. A-batterie ti lithium-ion afa so ala yeke na nzoni kiringo na peko na ngoi ti charge-}anscharge, so ayeke na kamba na lege ti lekengo ye na popo ti a-états ti phase na peko ti lithium{{4}on déinterlation/intercalation. Na ngoi ti chargement -}}discharge, ngangu ti batterie ni ayeke ndulu na lege ti salango ye ti azo. Na lege ti lekengo ye ti LiFePO4, lege ti [100]pmnb ayeke nzoni mingi teti lithium-ion, na a yeke wara na popo ti aphase use so ayeke tambela na ndo ti c-oxis na ngoi ti charge -} kua.

(1) LiFePOM/FePO.The 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, kota ti diffraction ti Li* LienPePO₄ akomanse ti hon, na ngangu ti diffraction so FePO₄ asara si ayeke gue na li ni yeke yeke. Na mbage, tongana a yeke zia a-ion ti lithium na yâ ni, ngangu ti diffraction so FePOz asara ayeke kiri na peko yeke yeke, na ngangu ti diffraction so LithyδFePO₴ asara si ayeke gue na li ni yeke yeke.

(2) Lisoro Livre POPOM/Li₋yFePOM₄Li ti ₓFePOL na temperature ti chambre ayeke mbeni ye so abungbi Fe3₲⁺ mélange ti mesophase LiₐM. na a yeke fa densité ti porteur ni nga na probabilité ti hopping na ngoi ti chargement na décharge. A-neutron ti poudre afa so a-optimum ti 0,05 na 0,11, a yeke 0,05 na 0,11. Aye tongana doping ti ion, temperature, wen ti transition, kota ti akete kete ye, nga na a-état non-} na ndo ti akota kpale kue ayeke sara ngangu na ndo ti akota ye ti . Ti kono wungo ti aye so ayeke sara si a-électrode ni ayeke sara kua nzoni na ngoi so a charge ni nga ti zi ni na yâ ti chambre.

Na 450 degré , mbeni kpengba solution ti LiₓFePO₄ ayeke dä, na ngoi so na temperature ti chambre, a-phase use so ayeke métastlé ayeke dä: Li ti Li ni.₇₅ FePO₅ na Li ❝. Na ndo ti 500 degré , LiₓFaPOM akomanse ti buba na yâ ti acomposé ti non{{5}nolivine; composition nga na atënë ti yâ ti phosphate wala phosphide so aluti na ndo ti ngele ti x. Na popo ti 400 na 500 degré , gi mbeni kpengba solution ti LiₓFePO₄ ayeke dä.

Achangement so ayeke si na ngoi ti dê ayeke ngangu mingi ahon ti so a yeke sara na ngoi ti chauffage. A yeke wara na yâ ti mélange ni na ngoi so a yeke sara si ndowa ayeke x nga na lege so a yeke sara kua na ni. Na ngoi so a yeke sara si a yeke ngangu pëpe ti sara kua na ni, Li ti lo ayeke sara kua na yâ ti mbeni bungbi ti aphasi use so ayeke nota pëpe, so wungo ni ayeke londo na kozo ngere ti temperature nga na x. Tongana a yeke na gbe ni (140±20 degré ), système use ni aga mbeni système so ayeke ngangu mingi, so na yâ ni LiFePO₄ na FePOP₄ ayeke na ambeni ye use so ayeke na yâ ti olivine, LiFePOPs, LiFePOP₄ na ambeni mara ti olivine use, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs, LiFePOPs. Ti ga na mélange so na temperature ti chambre ayeke sara si système osio so ayeke na yâ ti système ni ayeke changé yeke yeke ti ga mbeni système use.{10}}phase ti LiFePOz na FePOM.

Battery reaction mechanism

FePOz€ ayeke na yâ ti ambeni ye: 1 Na peko ti so a zi yâ ti LiFePOz kue, a leke FePOP so ayeke orthombic; ⑼ FPOPOt ayeke na mbeni ye so ayeke tongana quartz-, na a yeke sara kua na a-cation kue so ayeke na tétraèdre; A lingbi ti leke - - 1 hydrate ti ala. A lingbi ti gbian alege ti cristalline ti FePOz, nga na amorphe FePOz, ti ga FePOPOx triclinique na ngoi ti chauffage.

A yeke sara si a yeke ngangu pëpe ti hinga ye so ayeke si na yâ ti gigi ti zo, me lo yeke sara kua nzoni pëpe, me a yeke hunzi tongana ndowa ni ahon 500 degré . Na yâ ti aye so ayeke sara kua na batterie, aye ti cathode ni ayeke ngbâ lakue nzoni. Na ngoi ti synthèse ti LiFePOz, a yeke kota ye ti tene a sara kua na FePOz. Tongana a yeke dä, a yeke sara si FPOPOt triclinique abâ gigi na ngoi so a yeke sara si a zia wâ na yâ ni, na a yeke sara si a yeke wara mbeni non-}électrique so ayeke sara kua na lege ti verre na ndö ti aye ni na ngoi so ndowa ayeke ngangu mingi.

A lingbi ti sara si a-ion ni aga nzoni. P- mara ti a-appareil ti dede conducteur so ayeke na conductivité so asi na 10−2 S/cm a yeke wara ni na lege ti ion doping. Doping ayeke mbeni ye so ayeke ngangu mingi: na mbeni mbage, a-étude ti densité ti densité (DFT) ti structure électronique ti LiFePOz₄ na gbe ti aproximation ti densité local (LDA) nga na aproximation ti collège (GGA) afa so a lingbi aye ni afa asarango ye ti mbeni ye ti wen wala ti semi-conducteur, so ayeke na mbeni bande ti conducteur nga na mbeni bande largeur ti conformation so ayeke na gbe ti condition ti eV, so ayeke tâ na yâ ti conductivité ti eV, so ayeke tâ na yâ ti conviction ti eV, so ayeke tâ na yâ ti conductivité ti eV, so ayeke na yâ ni. a hinga ni. Na mbage, tongana a bâ asalango ye ti a-électron nga na asalango ye ti Coulomb na peko ti so ion doping, a yeke ngangu pëpe ti leke mbeni kapa ti valence.

A-étude ti DFT ti Mg- wala Cr- so a sara ni na LiFePO so afa so kota wungo ti a-état électronique ayeke na ndo ti niveau ti Fermi, so afa nda ti ngangu so a yeke sara na kua na ni. Changement ti conductivité so aga na lege ti ion doping alingbi ti ndu aye so:

1) A yeke sara si a yeke wara arégion ti chargement ni.

2) doping ti ion ayeke sara si largeur ti bande ti valence ni ayeke sara si a yeke ngangu pëpe ti sara kua na ni.

3) Ti hon ndo ti mbeni kota wungo ti aye, kusala ti électron ti dopant ni ayeke gue na zo ti leke mbeni bande ti conduction.

4) Mara ti a-ion ti dopants, wungo ti aye nga na kangbingo yâ ti aye.

5) Na yâ ti gbâ ti a-oxyde ti wen ti M{1}} O, mbeni bande ti conduction ti wen ayeke sigigi tongana yongo ti kamba ti M{{2}M ayeke na gbe ti 3 × 10⁻1 m.

6) Na ngoi ti synthèse, ziango na yâ ni carbone organique ayeke sara si a zia carbone na yâ ti aye ni, na a sara si a yeke nzoni ti sara kua na ni.

7) A yeke na lege ni ti tene Fe2P. Na ngoi ti synthèse, ziango na yâ ni carbone so ahon ndo ni ayeke sara si phosphate ni aga kete.

Ion doping and conductivity

8) A-dox ti Fe3⁺/Fe2 redox ayeke sara kua tongana mbeni ye so ayeke sara si LiFePO₄ adë.

LiFePOM afa so a yeke sara kua na a-électrolyte so azo ayeke sara kua na ni mingi. A yeke na lege ni ti tene a sara kua na a-électrolyte ti sara si a-électrolyte ni aduti nzoni. Mingi ni, mbeni film ti passivation ayeke sigigi na ndo ti ye ni. Film so ayeke sara si lithium{-ion ayeke sara kua nzoni, a yeke kanga lege na aye so ayeke sara kua, na a lingbi ti gbu ngangu na yâ ti go nga na ndo ti aye so ayeke na yâ ti lithium-ion. Carbon-} so a leke ni na ndo ti LiFePOz₄ ayeke na ambeni ye tongana LiF, LiPF₆, LiₓFᵧL, na LiₓPOLFᶧ.

Mingi ni, a-électrolyte so ayeke na yâ ti a-électrolyte ayeke na acarbonate ti alkyle nga na a-lithium. A yeke wara na yâ ti cathode ni gbâ ti aye so alingbi ti sara si a-électrolyte ni aga nzoni. Na tapande, na yâ ti a-solution ti LiPF₆, a yeke ngangu pëpe ti hinga acide-base so ayeke na popo ti LiFePOz nga na wungo ti HF so a lingbi ti kpe ni. Ti wara HF na yâ ti électrolyte ayeke na asioni ye use: kozoni, ye so ayeke sara si a-ion ti fer na a-proton ayeke sara kua nzoni; na use ni, sarango ye ti a-ion ti Li na ti F na ndo ti akete kete ye ti sara na LiF, so ayeke kanga lege na Li+ ti kangbi yâ ti aye.

A-ion ti wen ayeke lï na yâ ti a-électrolyte. A-épreuve so a sara na ndö ti ion ti fer ti LiFePOzz na yâ ti a-électrolyte nde nde afa aye so:

1) Na yâ ti a-électrolyte so ayeke na asioni ye pëpe, même na ngoi so ndowa ayeke gue na li ni, a yeke sara si a-ion ti fer nga na aye so ayeke sara si aye so ayeke sara kua ayeke buba.

2) A-acide ti solution so ayeke ga na ni ayeke sara si a yeke ngangu pëpe ti sara kua na a-ion ti fer.

3) Ti ga na ni ayeke sara si a yeke ngangu pëpe ti sara kua na ion ti fer.

4) Ti ga na carbone mingi na yâ ti aye ni ayeke sara si aye ni angbâ lakue nzoni.

Azo so ayeke na popo ti aye so ayeke sara kua na a-appareil ni ayeke sara si a yeke buba mingi. A lingbi ti kpe ti tene a sara kua na mbeni mésophase alcaline wala ti sara kua na ambeni ye so ayeke sara si zo awara acide. Na yâ ti a-batterie ti lithium-ion na lege ti LiFePOM tongana ye ti cathode, a lingbi ti sara kua na a-électrolyte wala na ndo ti carbone wala na ndo ti couche ti LiFePO₄ ti kanga lege na masse.

A yeke pëpe na lege ni ti tene a sara kua na a-appareil ti LiFePO₄. Azo mingi amä na bê so kota ti akete kete ye nga na kangbingo yâ ti aye, ngangu ti gbungo ye, diffusion ti a-ion, kinetics na ngoi ti a-transition ti aphasi (charge-}}disge ti charge), nga na ziango na ndo ti carbone/doping kue ayeke sara ngangu na ndo ti kusala ti batterie ni na lege ti charge nde nde-}}}}}Ta. Ti mû carbone na lege ti carbone aye ti tene so a lingbi ti zia a-ion ti lithium nga na a-électron na yâ ni na ti zi ni na oko ndo na yâ ti aye so ayeke sara kua, ti sara si a-électrode ni aga kete.

(1) Ngangu ti salango ye na ndo ti ngangu so ayeke na gbe ti ngangu ti LiFePO₄ ayeke gue na mbeni guengo na li ni ti ngangu ti decharge ti batterie ni. A yeke na lege ni ti tene e sara kua na LiFePOM€ so ayeke ndulu na 10⁻⁹ S/cm, na ngangu ti decharge ni alondo na 148 mA·h/g na mbeni vitesse ti décharge ti 0,2C ti si na 85 mA·h/g na mbeni vitesse ti décharge ti 5C. Ga na -te ngangu ti decharge ti cathode ni ayeke gue lakue li ni pëpe na ngoi so a yeke kono yâ ti conductivité ni. Na ngoi so a yeke sara kua nzoni pëpe, mbeni guengo na li ni ti conductivité ayeke sara si électrochimique ti aye ni aga nzoni. Tongana ngangu ti salango ye ahon mbeni kota ngele, salango ye ti zo ayeke mbeni pëpe ye so ayeke fa ngangu ti salango kusala na aye ni. LiFe .₁PO.0 (1,0 × 10−⁻⁻ S/cm), na lege ti salango ye ti lo so ayeke na gbe ni, afa nzoni mingi ngangu ti sigingo na ngu ahon LiFePO (4,0 × 100 S/cm), so ayeke na ngangu ti salango kusala na ni 90 mA·h/g 55. mA·h/g, na lege ti mbeni 10C ti decharge. Ye so afa so lithium{-ion alingbi ti mû place ti conductivité tongana mbeni ye so ayeke mû lege ti sara kua na a-électrochimique ti lithium-ion.

(2) Lithium-ion ayeke na diffusion ti lithium so ayeke na lege ti aye so ayeke na yâ ni nga na ti gigi. Aye so ayeke na gigi ayeke kota ti akete kete ye, kangbingo yâ ti aye nga na lege so a yeke sara na aye. Azo so ayeke na yâ ti da ni ayeke sara tënë ti lithium-ion. Coefficient ti diffusion ti lithium{{7}on ayeke mbeni ngere so ayeke changé pëpe; ngangu ti diffusion ti a-ion ti lithium ayeke kiri na peko na lege ti akota particule so ayeke gue na li ni ndali ti so lege ti diffusion ti a-ion ti lithium na yâ ti akete kete ye ni ayeke gue na li ni. A yeke na lege ni ti tene a sara kua na a-ion lithium ti sara kua na carré ti kota ti particule ni nga ti sara kua na lithium-ion. Kota ti akete kete ye ni ayeke sara ngangu mingi na ndo ti lithium-ion ahon ti so a yeke sara na diffusion. A lingbi a bungbi a-étude ti lithium-on na a lingbi a bungbi ni na ambeni kode ti mesure nga na a-modèle ti théorie. Akota kode ti mesurengo na ye ayeke titration galvanostatique (GITT) nga na spectroscopie ti impedance ti électrochimie (EIS wala AC Impedance).

(3) A-électrode ti échelle use use: Tin-}}}}}Ta-électrode ayeke sara si a-électrode ni ayeke sara kua nzoni na lege so a yeke sara si a-électrode ni aga kota. Na yâ ti akete électrode, a-électron ayeke lï na yâ ti consultation ti courant ni na ngoi so a-ion ti lithium ayeke lï na yâ ti électrolyte so ayeke na mbage ti peko. Na lege ti lekengo couche ti FePOM, ngangu ti salango kusala na a-électron ayeke kiri na peko, na ngoi so ngangu ti salango ye ti lithium-ion ayeke gue na li ni. FPOPOz kozoni ayeke na akota kpale ti cristal na pekoni lo yeke kono na mbage kue, lo yeke kanga lege na lithium-ion juska a-ion ti lithium alingbi pëpe ti kpe na mbage ti [100].