Wat ass LiFePO4 a Lithium Batterien?
Aféierung zu Lithium Eisen Phosphate Materialien
Lithium Eisenphosphat (molekulare Formel LiFePO₄, Lithium Eisenphosphat, LFP, och bekannt als Lithium Eisenphosphat oder Ferro-Lithiumphosphat) ass e Kathodematerial dat a Lithium-Ionbatterien benotzt gëtt. Seng Charakteristiken sinn datt et keng wäertvoll Elementer wéi Kobalt oder Néckel enthält, de Rohmaterialpräis ass niddereg; a Kuelestoff, Lithium, an Eisen sinn reichend an der Äerdkrust, déi de Maartfuerderung vu méi wéi eng Millioun Tonnen pro Joer entspriechen kann. Als Kathodematerial huet Lithium Eisenphosphat eng moderéiert Aarbechtsspannung (3,2 V), héich spezifesch Kapazitéit (170 mA·h/g), héich Entladungskraaft, séier Ladefäegkeet a laang Zyklusliewen, mat gudder Stabilitéit an héijer {-Temperatur an héije - Hëtzt Ëmfeld.
De Lithium Eisenphosphatkristall gehéiert zu enger Aart vun Olivinstruktur. An der Mineralogie gëtt et Triphylit genannt, ofgeleet vum griichesche Wuert Wuerzelen Tri a Lylon. Bei Äerz kann d'Faarf gro, rout-bronggro, brong oder schwaarz sinn, während déi tatsächlech Produkter schwaarz oder gro-schwaarz sinn. Verschidde natierlech Mineralmaterialien enthalen Lithium Eisenphosphat, awer de Grad ass niddereg an erreecht net den Niveau vun der praktescher Uwendung. Lithium Eisen phosphate gehéiert zu der Komposit phosphate Kategorie, a seng allgemeng chemesch Formel soll LiMPO₄ ginn, wou M kann all divalent Metal ginn, dorënner Fe, Co, Mn, Ti, etc. Well déi éischt Firma ze kommerzialiséiert LiMPO₄ produzéiert Lithium Eisen phosphate, Leit hunn Gewunnecht ginn Lithium Eisen phosphate Material ze behandelen nëmmen als cathode Eisen phosphate Komposit Material. Wéi och ëmmer, fir Verbindunge mat der Olivinstruktur ass Lithium Eisenphosphat net deen eenzegen deen als Kathodematerial a Lithium-Ionbatterien benotzt ka ginn. Geméiss dem aktuellen Wëssen ginn et och LiMnPO₄, LiMnFePO₄, LiVPO₄, LiCoPO₄ a vill aner Materialien.
D'Origine vu Lithium Eisenphosphatmaterialien kann zréck op 1996 verfollegt ginn, wéi d'japanesch Telekommunikatiounsfirma NTT fir d'éischt entdeckt huet datt AMPO₄ (A ass en Alkalimetall, M ass Co oder Fe) mat Olivinstruktur, an der Kombinatioun vu LiFeCoPO₄, kann als Lithium-ion Batterie Kathodematerial benotzt ginn. Duerno gouf et vun der Goodenough Fuerschungsgrupp um Massachusetts Institute of Technology an den USA entdeckt, wärend Kaderverbindunge studéiert, datt Lithium Eisenphosphatmaterial déi reversibel Eegeschafte vu Lithium-Ion (Li⁺) Interkalatioun an Deinterkalatioun huet. Den 23. Abrëll 1997 huet d'Universitéit vun Texas zu Austin e Patent agereecht mam Titel "Kathodematerial fir nofëllbar Lithium Secondaire Batterien" (WO1997010541), wat den Ufank vum Patentmonopol op Lithium Eisenphosphatmaterialien markéiert.
Déi simultan Verëffentlechung vun Olivin-strukturéiert Phosphat (LiMPO₄) Kathodematerialien vun den USA a Japan huet grouss Opmierksamkeet ugezunn, extensiv Fuerschung ausgeléist a séier den Industrialiséierungsprozess fortgeschratt. Am Verglach mat traditionelle Lithium-Ion sekundär Batterie Kathodematerial-Spinel-strukturéiert Lithium Manganoxid (LiMn₂O₄) a geschichte-strukturéiert Lithium Kobaltoxid (LiCoO₂)-LiMPO₄ huet méi wäit verfügbar a bëlleg Ëmfeldmaterialien. Besonnesch d'Sécherheet ass staark verbessert ginn, wat grouss Interessi vu Fuerscher an Industrie erwächt.
Laut Fuerschungsresultater an de leschte Joeren huet Lithium Eisenphosphatmaterial eng gutt -kristalliséiert Olivinstruktur, a seng Lithium-Ionendiffusiounskanäl ënnerscheede sech vun deenen vun traditionelle Kathodematerialien. Traditionell Kathodematerialien hunn Schichten oder Spinelstrukturen, wat Lithiumionen erlaabt séier tëscht Schichten oder a méi grousse Kanäl ze beweegen, sou datt d'Materialien eng gutt Entladungsleistung ginn. Am Géigesaz, sinn d'Lithium-Ionendiffusiounskanäl a Lithium Eisenphosphatmaterial een-dimensional, dat heescht datt am Kristall nëmmen en "Tunnel" fir Lithium-Ionendiffusioun ass, sou datt d'Lithium-Ionmigratiounsquote relativ lues ass an d'Diffusionsdistanz kuerz ass. Besonnesch ënner héije -Entladungsbedéngungen kënnen déi intern Lithium-Ionen net an der Zäit migréieren, wat zu enger bedeitender elektrochemescher Polariséierung resultéiert.
Batterie kënne mat purem Lithium Eisenphosphatmaterial fabrizéiert ginn fir déi uewe genannte Conclusiounen z'iwwerpréiwen. Experimenter hu gewisen datt d'Kapazitéitverbrauch vu pure Lithium Eisenphosphatmaterial ganz niddereg ass, an d'Batterie erliewt séier Kapazitéitverfall während dem Vëlo. Figur 2.1 weist d'Cycling Leeschtung vun enger Lithium - Ion Mënzzelle gemaach vum Auteur mat hydrothermesch synthetiséierte reinen Lithium Eisenphosphat (ouni Kuelestoffbeschichtung). Et kann gesi ginn datt no ongeféier 15 Lade-Entladungszyklen d'Batteriekapazitéit ëm méi wéi 20% ofgefall ass. Dofir ass reng Lithium Eisenphosphatmaterial net gëeegent fir Lithium-Ion Batteriesystemer.
Am Joer 2000 war Hydro-Québec (H-Q), déi national ëffentlech Utility vu Kanada, déi éischt Patenter fir d'Beschichtung vun Lithium Eisenphosphat mat konduktiven Materialien ofzeginn, dorënner d'Benotzung vu Kuelestoffbeschichtung op Lithium Eisenphosphatmaterialien. Dëst erlaabt Lithium Eisenphosphat fir héich spezifesch Kapazitéit z'erreechen an huet säi Zyklusliewen op méi wéi 2000 Zyklen verlängert. Dëst markéiert den Ufank vum Industrialiséierungsprozess vu Lithium Eisenphosphat als Kathodematerial.
