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隨著我國新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展，動力電池需求量大幅增長。目前電池正在朝著更安全、更高倍率、更高比容量、更高能量密度前進(jìn)目前動力電池磷酸鐵鋰（LiFePO?）正極材料為市場主流方向，但是其材料比容量較低，電池能量密度已接近理論極值，在此背景下，磷酸錳鐵鋰（LiMn_xFe_1-xPO₄，簡寫為LMFP）具有高電壓平臺、高能量密度、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可作為磷酸鐵鋰（LFP）的升級替代材料，因此收到市場與科研技術(shù)人員廣泛關(guān)注。LMFP是在LFP的基礎(chǔ)上摻雜一定比例的錳元素而形成的新型磷酸鹽類鋰離子電池正極材料。其結(jié)構(gòu)為有序規(guī)整的橄欖石型結(jié)構(gòu)。由于摻雜的錳元素提高了材料的充電電壓，LMFP的充電電壓由LFP的3.65V提升至4.1V，對應(yīng)電池能量密度更高，可進(jìn)一步提升續(xù)航里程。由于LMFP為橄欖石結(jié)構(gòu)，較于層狀三元材料，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，因此安全性更高。另外由于對稀有金屬依賴度低，并且生產(chǎn)工藝與LFP一致，能與LFP共線生產(chǎn)，生產(chǎn)成本優(yōu)勢明顯。

LFMP的電壓平臺約4.1V，接近（中鎳）三元正極材料水平，此外LMFP材料顆粒較小，可以有效填充在三元顆粒中，提高離子擴(kuò)散效率。基于以上兩點(diǎn)，行業(yè)上更多是與三元材料進(jìn)行復(fù)合使用，但不同摻比例會有不同的結(jié)果。為驗證不同比例摻混的粉末性能，本次實(shí)驗將LMFP與三元進(jìn)行不同比例的混合測試其電阻率、壓縮性能。

圖1 LiMnFePO?晶體結(jié)構(gòu)

測試設(shè)備

采用粉末電阻測試設(shè)備FDM系列粉末電阻儀對粉體材料的導(dǎo)電性能、壓縮性能進(jìn)行測定評估。

圖2系列外觀&結(jié)構(gòu)示意圖

樣品制備與測試 

分別按照：LMFP摻雜不同比例的NCM，摻雜NCM的占比分別為：0%、50%、100%。充分混合粉體并進(jìn)行10-350MPa范圍內(nèi)的粉體電阻率&壓實(shí)密度測試。

圖3：不同摻混比例電阻率與壓實(shí)密度隨壓強(qiáng)的變化

如圖3，從電阻率&壓實(shí)密度測試結(jié)果來看：在LFMP中摻雜NCM電阻率逐漸減小，壓實(shí)密度則是隨著NCM摻雜逐漸增大。由此說明，純LMFP材料其電阻率較大，單一使用時，其倍率性能可能較差，搭配NCM材料，可顯著提高材料電阻率。壓實(shí)度上看，摻入NCM材料后，其壓實(shí)密度可以得到一定成都的提升。對混合不同比例NCM的LMFP粉體進(jìn)行穩(wěn)態(tài)卸壓模式測試得到壓縮性能曲線。

圖4：不同摻混比例電阻率與壓實(shí)密度隨壓強(qiáng)的變化

表1：不同摻混比例電阻率與壓實(shí)密度隨壓強(qiáng)的變化

從上圖的數(shù)據(jù)中可以看出在LMFP中摻雜等量的NCM，不可逆形變量減小。為了探究此原因，我們針對摻混后的粉末拍攝SEM。

電鏡圖

圖5：SEM圖

從電鏡圖可以看出通過常規(guī)方法混合LMFP與NCM的粉體，可以利用不規(guī)范形貌的小粒徑（0.3~0.9μm）LFMP原料充分填充于大粒徑（9~10μm）NCM的空隙間，其壓縮性能逐漸降低。隨著三元摻入量的增加，其孔隙逐漸增大，壓縮量逐漸增大。降低傳荷電阻并分散阻抗。

根據(jù)以上結(jié)果由于LMFP表面能較大，可吸附在三元表面形成包覆層； 綜上所述，LMFP顆粒較細(xì)，粒徑小于三元，可填充于三元粉末空隙中。實(shí)現(xiàn)材料間大小粒徑互相搭配，提升正極材料壓實(shí)密度、能量密度、與導(dǎo)電性，因此采用（蘇州利電）系列粉末電阻儀可以在粉末層級快速評估三元NCM摻混LMFP材料的相關(guān)性能，提高研發(fā)效率。