Τι είναι ο μηχανισμός αντίδρασης μπαταρίας;

Τι είναι ο μηχανισμός αντίδρασης μπαταρίας;

Επί του παρόντος, δεν υπάρχει ακριβής και συνεπής κατανόηση του μηχανισμού ηλεκτροχημικής αντίδρασης του LiFePO4 στη βιομηχανία. Η εφαρμογή του σύνθετου ανιόντος (PO4)3- καθιστά τις ενώσεις με βάση τον σίδηρο- ιδανικό υποψήφιο υλικό για κάθοδοι μπαταριών ιόντων λιθίου-. Ωστόσο, η κρυσταλλική δομή του LiFePO4 περιορίζει την αγωγιμότητα και την απόδοση διάχυσης ιόντων λιθίου-, με αποτέλεσμα τη μείωση της ηλεκτροχημικής απόδοσης του υλικού. Σε αντίθεση με τα πολυεπίπεδα υλικά, η καμπύλη φορτίου-εκφόρτισης του LiMPO4 έχει συνήθως ένα πολύ επίπεδο επίπεδο, το οποίο είναι τυπικό χαρακτηριστικό αντιδράσεων δύο-φάσεων, που σημαίνει ότι μια διαδικασία μετάβασης φάσης μεταξύ LiMPO4 και MPO4 λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της παρεμβολής/απεμπλοκής ιόντων λιθίου{{8}.

Το LiFePO4 υφίσταται μηχανισμό αντίδρασης δύο φάσεων κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση σε μια μπαταρία, π.χ.

Reaction mechanism model

Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, το Li+ μεταναστεύει από το στρώμα FeO6, διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη και εισέρχεται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το Fe2+ οξειδώνεται σε Fe3+, ενώ τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν από το εξωτερικό κύκλωμα προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του αγώγιμου παράγοντα επαφής και του συλλέκτη ρεύματος. Η διαδικασία εκκένωσης είναι η αντίστροφη.

Για να περιγράψουν αυτήν τη συμπεριφορά δύο-φάσεων, οι Padhi και Goodenough et al. πρότεινε αρχικά το "πυρήνα-μοντέλο κελύφους", το οποίο υποστηρίζει ότι η διαδικασία παρεμβολής/απεμπλοκής ιόντων λιθίου{{3} λαμβάνει χώρα στη διεπαφή δύο φάσεων LiFePO4/FePO4, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4-3α.

Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, η διεπαφή LiFePO4/FePO4 κινείται συνεχώς από την επιφάνεια προς το κέντρο, πιέζοντας προς τον πυρήνα. Το Li+ μεταναστεύει συνεχώς προς τα έξω και το εξωτερικό LiFePO4 μετατρέπεται συνεχώς σε FePO4. Τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια λιθίου διέρχονται συνεχώς από τη νεοσχηματιζόμενη δι-διασύνδεση φάσεων για να διατηρήσουν ένα αποτελεσματικό ρεύμα, αλλά ο ρυθμός διάχυσης ιόντων λιθίου-είναι σταθερός υπό ορισμένες συνθήκες. Καθώς η διεπαφή μεταξύ των δύο φάσεων συρρικνώνεται, η διάχυση των ιόντων λιθίου θα είναι τελικά ανεπαρκής για τη διατήρηση ενός αποτελεσματικού ρεύματος. Το LiFePO4 στον πυρήνα των σωματιδίων δεν θα χρησιμοποιηθεί πλήρως, με αποτέλεσμα την απώλεια χωρητικότητας. Μετά την ολοκλήρωση της φόρτισης, το αχρησιμοποίητο LiFePO4 θα παραμείνει στο κέντρο του σωματιδίου.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα ιόντα λιθίου μπορούν ταυτόχρονα να παρεμβάλλονται και να αποσυμπιέζονται σε πολλαπλές θέσεις, οι Andersson et al. πρότεινε το μοντέλο του μωσαϊκού για να εξηγήσει την αρχική απώλεια χωρητικότητας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4-3β. Το μοντέλο μωσαϊκού υποστηρίζει ότι παρόλο που η διαδικασία παρεμβολής και αποσυμπίεσης ιόντων λιθίου βρίσκεται στη διεπαφή δύο φάσεων LiFePO4/FePO4, η διαδικασία μπορεί να συμβεί σε οποιαδήποτε θέση μέσα στο σωματίδιο. Κατά τη φόρτιση, η περιοχή FePO4 μεγεθύνεται σε διαφορετικά σημεία του σωματιδίου και οι άκρες αυτών των περιοχών έρχονται σε διασταυρούμενη επαφή, δημιουργώντας πολλές νεκρές ζώνες που δεν μπορούν να αντιδράσουν, προκαλώντας έτσι απώλεια χωρητικότητας. Κατά την εκφόρτιση, λαμβάνει χώρα η αντίστροφη αντίδραση, με ιόντα λιθίου να παρεμβάλλονται στη φάση FePO4. Το τμήμα στον πυρήνα όπου δεν παρεμβάλλονται ιόντα λιθίου οδηγεί σε απώλεια χωρητικότητας.

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

Δύο θεωρητικά μοντέλα αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα, αλλά το μοντέλο του πυρήνα-του κελύφους είναι ευρύτερα αποδεκτό από τους ερευνητές, αν και τα συγκεκριμένα υλικά του κελύφους και του πυρήνα παραμένουν αμφιλεγόμενα. Με βάση αυτά τα δύο μοντέλα, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η κινητική διάχυσης των ιόντων λιθίου και του φορτίου είναι οι καθοριστικοί παράγοντες για την πρακτική εφαρμογή ολόκληρου του ηλεκτροδίου υλικού. Κατά την παρασκευή υλικών καθόδου φωσφορικού σιδήρου λιθίου, καταβάλλονται προσπάθειες για τη λήψη σωματιδίων με μικρό και ομοιόμορφο μέγεθος σωματιδίων (νανοκλίμακα ή μικροπορώδη), χρησιμοποιώντας επίστρωση άνθρακα (υμένιο νανοάνθρακα) και ντόπινγκ ιόντων για τη βελτίωση της αγωγιμότητας και της διάχυσης ιόντων λιθίου.

Με μια βαθύτερη κατανόηση των υλικών LiMPO, διαπιστώθηκε ότι αυτά τα δύο μοντέλα παραμέλησαν τα εξαιρετικά ανισότροπα χαρακτηριστικά της μεταφοράς ιόντων λιθίου σε υλικά LiMPO. Ο Laffont πρότεινε ένα "Νέο μοντέλο πυρήνα-κελύφους" για να διορθώσει τις αδυναμίες του "πυρήνα-μοντέλου κελύφους". Βασιζόμενος σε αυτό, ο Delmas μελέτησε τα σωματίδια LiFePO σε διαφορετικές καταστάσεις εξάντλησης και πρότεινε ένα «Ντόμινο-μοντέλο καταρράκτη», το οποίο εξηγεί αποτελεσματικά την απόδοση γρήγορης φόρτισης και εκφόρτισης των σωματιδίων νανοκλίμακας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4-4.

Παρά τις σημαντικές διαφορές μεταξύ των προαναφερθέντων μοντέλων, το βασικό ζήτημα έγκειται στην πρόβλεψη και τον χαρακτηρισμό της διεπαφής δύο-φάσεων. Δεδομένου ότι η κινητική της εισαγωγής/εκχύλισης λιθίου και η μετάβαση φάσης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος των σωματιδίων, τη μορφολογία και τις φυσικοχημικές ιδιότητες του υλικού, οι παραπάνω συζητήσεις (συμπεριλαμβανομένων των συγκρούσεων μεταξύ μοντέλων) μπορεί να οφείλονται σε ανεπαρκείς πειραματικές συνθήκες.

Με την ανάπτυξη της μικροσκοπίας και της φασματοσκοπίας, αντιδράσεις στερεού διαλύματος και ενδιάμεσες φάσεις έχουν παρατηρηθεί και ανιχνευθεί κατά τη μετάβαση φάσης των υλικών LiMPO4, υποδεικνύοντας ότι ένας άλλος μηχανισμός μετάβασης φάσης μπορεί να υπάρχει στα υλικά LiMPO4. Σε τυπικές αντιδράσεις στερεού διαλύματος, οι παράμετροι και ο όγκος του κυττάρου εμφανίζουν συνεχείς αλλαγές κατά τη διάρκεια της μετάβασης φάσης. Μέσω ορισμένων ακραίων συνθηκών δοκιμών και μεθόδων χαρακτηρισμού, όπως υπερ{4}}μικρών σωματιδίων (νανοκλίμακα) και υψηλής{5}}φόρτισης-εκφόρτισης (πάνω από 10 C), αντιδράσεις στερεού διαλύματος και η ύπαρξη ενδιάμεσων φάσεων έχουν παρατηρηθεί στο LiMPO4.

Μεταβάσεις φάσης κατά τη διάρκεια των διαδικασιών φόρτισης-εκφόρτισης σε θερμοκρασία δωματίου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου-επιδεικνύουν καλή αντιστρεψιμότητα κατά τη διάρκεια των κύκλων εκφόρτισης-φόρτισης, η οποία σχετίζεται με τη δομική ομοιότητα μεταξύ των καταστάσεων φάσης μετά την αποσυμπίεση/παρέμβαση ιόντων λιθίου-. Κατά τη διάρκεια των διαδικασιών φόρτισης{6}}εκφόρτισης, η μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας σχετίζεται στενά με την κινητική μετάβασης φάσης. Σύμφωνα με τη δομή του LiFePO4, η κατεύθυνση [100]pmnb είναι πιο ευνοϊκή για τη μετακίνηση ιόντων λιθίου{10}}και η διεπαφή μεταξύ των δύο φάσεων κινείται κατά μήκος του άξονα c-κατά τη διάρκεια των διαδικασιών εκφόρτισης{12}}.

(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, η κορυφή περίθλασης του Li1-δFePO4 αρχίζει να εξαφανίζεται και η ένταση της κορυφής περίθλασης που παράγεται από το FePO4 σταδιακά αυξάνεται. Αντιστρόφως, καθώς εισάγονται ιόντα λιθίου, η ένταση της κορυφής περίθλασης που παράγεται από το FePO4 μειώνεται βαθμιαία και η ένταση της κορυφής περίθλασης που παράγεται από το Li1-δFePO4 σταδιακά αυξάνεται.

(2) Li2FePO4/Li1-yFePO4Το Li2FePO4 σε θερμοκρασία δωματίου είναι ένα μίγμα Fe3+/Fe2+ μικτής-μεσόφασης σθένους Li2FePO4/Li1-FePO4. και αντιπροσωπεύουν την πυκνότητα φορέα και την πιθανότητα αναπήδησης κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, αντίστοιχα. Η περίθλαση νετρονίων σε σκόνη αποκάλυψε ότι οι βέλτιστες τιμές για και είναι 0,05 και 0,11, αντίστοιχα. Παράγοντες όπως το ντόπινγκ ιόντων, η θερμοκρασία, το μέταλλο μετάπτωσης, το μέγεθος σωματιδίων και οι καταστάσεις μη ισορροπίας σε υπερβολικό δυναμικό επηρεάζουν όλες τις τιμές του και . Η αύξηση των τιμών και θα βελτιώσει την κινητική απόδοση της αντίδρασης του ηλεκτροδίου κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση σε θερμοκρασία δωματίου.

Στους 450 βαθμούς, υπάρχει ένα στερεό διάλυμα Li2FePO4, ενώ σε θερμοκρασία δωματίου υπάρχουν δύο μετασταθερές φάσεις: Li0.75FePO4 και Li0.5FePO4. Πάνω από τους 500 βαθμούς, το LiₓFePO4 αρχίζει να αποσυντίθεται σε μη-ενώσεις ολιβίνης. η σύσταση και η περιεκτικότητα αυτών των φωσφορικών ή φωσφιδίων εξαρτώνται από την τιμή του x. Μεταξύ 400 και 500 μοιρών, υπάρχει μόνο ένα στερεό διάλυμα Li2FePO4.

Οι αλλαγές κατά την ψύξη είναι πολύ πιο περίπλοκες από αυτές κατά τη θέρμανση. Η σύνθεση του μείγματος κατά την ψύξη εξαρτάται από την τιμή του x και τη θερμική διεργασία. Κατά την ψύξη, το Li2FePO4 αρχικά αποσυντίθεται σε ένα μίγμα δύο μη-φάσεων ολιβίνης, οι αναλογίες των οποίων εξαρτώνται από την αρχική τιμή της θερμοκρασίας και το x. Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από (140±20 βαθμούς), το σύστημα δύο φάσεων γίνεται πιο πολύπλοκο σύστημα, στο οποίο τα LiFePO4 και FePO4 συνυπάρχουν με δύο άλλες ενώσεις τύπου ολιβίνης, Li21FePO4 και Li22FePO4. Η γήρανση αυτού του μείγματος σε θερμοκρασία δωματίου αναγκάζει το σύστημα τεσσάρων φάσεων να μετατραπεί σταδιακά σε ένα σύστημα δύο φάσεων LiFePO4 και FePO4.

Battery reaction mechanism

Το FePO4 υπάρχει σε διάφορες δομές: ① Μετά από πλήρη απολιθίωση του LiFePO4, σχηματίζεται ορθορομβικό FePO4. ② Το Triclinic FePO4 έχει δομή που μοιάζει με χαλαζία-με όλα τα κατιόντα τετραεδρικά συντονισμένα. ③ Το μονοκλινικό και το ορθορομβικό FePO4 μπορούν να παρασκευαστούν από τις αντίστοιχες ένυδρες ενώσεις τους. Όλες αυτές οι κρυσταλλικές μορφές FePO4, καθώς και το άμορφο FePO4, μπορούν να μετασχηματιστούν σε τρικλινικό FePO4 κατά τη θέρμανση.

Ο μετασχηματισμός από LiFePO4 σε FePO4 είναι αργός και ατελής, αλλά πλήρης όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 500 βαθμούς. Υπό συνθήκες λειτουργίας μπαταρίας, το υλικό της καθόδου είναι κινητικά σταθερό. Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης του LiFePO4, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η απουσία FePO4. Εάν υπάρχει, θα δημιουργηθεί τρικλινικό FePO4 κατά τη θέρμανση, με αποτέλεσμα μια μη-ηλεκτροχημικά ενεργή υαλώδη φάση στην επιφάνεια του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες.

Το ντόπινγκ ιόντων μπορεί να βελτιώσει την αγωγιμότητα των υλικών. Τα αγώγιμα υλικά ημιαγωγών τύπου P{1} με αγωγιμότητα που φτάνει τα 10-2 S/cm λαμβάνονται μέσω ντόπινγκ ιόντων. Το ντόπινγκ είναι μια πολύ περίπλοκη διαδικασία: αφενός, οι υπολογισμοί της συναρτησιακής θεωρίας πυκνότητας (DFT) της ηλεκτρονικής δομής του LiFePO4 υπό την προσέγγιση τοπικής πυκνότητας (LDA) και την προσέγγιση γενικευμένης κλίσης (GGA) δείχνουν ότι το υλικό πρέπει να παρουσιάζει χαρακτηριστικά μεταλλικού ή ημιαγωγού υλικού, με ζώνη αγωγιμότητας περίπου 30V και ζώνη αγωγιμότητας. δεν συνάδει με τη χαμηλή αγωγιμότητα που έχει πραγματικά ανιχνευθεί. Από την άλλη πλευρά, λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλεπιδράσεις των τροχιακών ηλεκτρονίων και τις αλληλεπιδράσεις Coulomb μετά το ντόπινγκ ιόντων, μια βελτιωμένη δομή ζώνης σθένους είναι θεωρητικά εφικτή.

Οι υπολογισμοί DFT του Mg- ή του Cr-ντοπαρισμένου LiFePO4 δείχνουν ότι η μέγιστη πυκνότητα των ηλεκτρονικών καταστάσεων βρίσκεται κοντά στο επίπεδο Fermi, γεγονός που εξηγεί τη μεταλλική αγωγιμότητα του ντοπαρισμένου υλικού. Η αλλαγή στην αγωγιμότητα που προκαλείται από το ντόπινγκ ιόντων μπορεί να σχετίζεται με τους ακόλουθους παράγοντες:

1) Τα άκρα των περιοχών του φορέα φορτίου είναι επιμεταλλωμένα.

2) Το ντόπινγκ ιόντων περιορίζει το πλάτος της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας.

3) Υπέρβαση μιας ορισμένης κρίσιμης συγκέντρωσης, η κυματοσυνάρτηση ηλεκτρονίων των προσμίξεων ιόντων οδηγεί στο σχηματισμό μιας ζώνης αγωγιμότητας.

4) Ο τύπος, η συγκέντρωση και η κατανομή των προσμείξεων ιόντων.

5) Σε πολλά οξείδια μετάλλων Μ-Ο, εμφανίζεται μια ζώνη μετάλλου αγωγιμότητας όταν η απόσταση δεσμού Μ-Μ είναι μικρότερη από 3 × 10-10 m.

6) Κατά τη σύνθεση, η προσθήκη οργανικού άνθρακα προκαλεί επικάλυψη άνθρακα του υλικού, δημιουργώντας μια αποτελεσματική διαδρομή αγωγιμότητας.

7) Η εμφάνιση του Fe2P. Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης, η προσθήκη περίσσειας άνθρακα μειώνει τα φωσφορικά.

Ion doping and conductivity

8) Το ζεύγος οξειδοαναγωγής Fe3+/Fe2+ δρα ως καταλύτης στην αναγωγή του LiFePO4.

Το LiFePO4 εμφανίζει αντιδραστικότητα με κοινώς χρησιμοποιούμενους ηλεκτρολύτες. Η ηλεκτροχημική συμπεριφορά του υλικού συσχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με τη χημεία της επιφάνειάς του εντός του ηλεκτρολύτη. Γενικά, σχηματίζεται ένα φιλμ παθητικοποίησης στην επιφάνεια του υλικού. Αυτό το φιλμ διευκολύνει τη διάχυση ιόντων λιθίου-, αποτρέπει την απώλεια ενεργού υλικού και πρέπει να αντέχει τις αλλαγές όγκου και επιφάνειας κατά την εισαγωγή/εξαγωγή ιόντων λιθίου-. Οι επιφανειακές μεμβράνες LiFePO4 επικαλυμμένες με άνθρακα- περιέχουν ενώσεις όπως LiF, LiPF6, Li2Fᵧ- και Li2POᵧFᶻ-.

Οι κοινοί ηλεκτρολύτες τυπικά περιέχουν ανθρακικά αλκύλιο και άλατα λιθίου. Το υλικό της καθόδου υφίσταται πολλές πιθανές αντιδράσεις στον ηλεκτρολύτη. Για παράδειγμα, σε διαλύματα LiPF6, η αντίδραση όξινης-βάσης μεταξύ LiFePO4 και ιχνοποσοτήτων HF είναι αναπόφευκτη. Η παρουσία HF στον ηλεκτρολύτη έχει δύο επιζήμια αποτελέσματα: πρώτον, την αντίδραση υποκατάστασης μεταξύ ιόντων σιδήρου και πρωτονίων. και δεύτερον, η αντίδραση των ιόντων Li και των ιόντων F στην επιφάνεια των σωματιδίων για να σχηματιστεί LiF, που εμποδίζει τη διάχυση Li+.

Τα ιόντα σιδήρου διαλύονται στους ηλεκτρολύτες. Δοκιμές για τη διάλυση ιόντων σιδήρου του LiFePO4 σε διαφορετικούς ηλεκτρολύτες αποκάλυψαν τα ακόλουθα:

1) Σε ηλεκτρολύτες απαλλαγμένους από όξινους ρύπους, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες, η διάλυση των ιόντων σιδήρου και η προκύπτουσα απώλεια μάζας του δραστικού υλικού είναι αμελητέα.

2) Η υψηλότερη οξύτητα διαλύματος οδηγεί σε ευκολότερη διάλυση ιόντων σιδήρου.

3) Η υψηλότερη θερμοκρασία οδηγεί σε ευκολότερη διάλυση ιόντων σιδήρου.

4) Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα μέσα στο υλικό έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη σταθερότητα υλικού.

Η περιοχή επαφής μεταξύ του ενεργού υλικού και του συνδετικού υλικού είναι πιο ευαίσθητη στη διάβρωση. Αυτή η διάβρωση μπορεί να αποφευχθεί με τη χρήση αλκαλικής μεσόφασης ή την εφαρμογή όξινων πρόσθετων καθαρισμού. Σε μπαταρίες ιόντων λιθίου- που χρησιμοποιούν LiFePO4 ως υλικό καθόδου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μη όξινες ηλεκτρολύτες ή προσθήκη άνθρακα ή επίστρωση LiFePO4 για την αποφυγή απώλειας μάζας.

Τα κινητικά χαρακτηριστικά των υλικών καθόδου LiFePO4 δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητά. Πιστεύεται γενικά ότι το μέγεθος και η κατανομή των σωματιδίων, η αγωγιμότητα, η διάχυση ιόντων, η κινητική κατά τις μεταβάσεις φάσης (φόρτιση-διαδικασία εκφόρτισης) και η επικάλυψη άνθρακα/ντόπινγκ επηρεάζουν την απόδοση της μπαταρίας σε διαφορετικούς ρυθμούς φόρτισης-. Ομοιόμορφο ντόπινγκ άνθρακα σημαίνει ότι τα ιόντα λιθίου και τα ηλεκτρόνια μπορούν να εισαχθούν και να εξαχθούν στην ίδια θέση στο ενεργό υλικό, μειώνοντας την πόλωση των ηλεκτροδίων.

(1) Επίδραση της αγωγιμότητας στην χωρητικότητα Η χαμηλή αγωγιμότητα του καθαρού LiFePO4 οδηγεί άμεσα σε μείωση της χωρητικότητας εκφόρτισης υψηλής ταχύτητας της μπαταρίας. Η αγωγιμότητα του καθαρού LiFePO4 είναι περίπου 10-4 S/cm και η ικανότητα εκφόρτισης μειώνεται απότομα από 148 mA·h/g σε ρυθμό εκφόρτισης 0,2C σε 85 mA·h/g σε ρυθμό εκφόρτισης 5C. Η ικανότητα εκφόρτισης του υλικού καθόδου δεν αυξάνεται πάντα με την αύξηση της αγωγιμότητας. Σε χαμηλή αγωγιμότητα, η αύξηση της αγωγιμότητας βελτιώνει την ηλεκτροχημική κινητική του υλικού. Όταν η αγωγιμότητα του υλικού υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, η αγωγιμότητα δεν είναι πλέον ο καθοριστικός παράγοντας για την ικανότητα ταχύτητας του υλικού. LiFe0.9Ni0.1PO4 (1,0 × 10-7 S/cm), με τη χαμηλή αγωγιμότητά του, εμφανίζει καλύτερη ικανότητα εκφόρτισης υψηλής ταχύτητας από το LiFePO4 (4,0 × 10-A6 S/cm, χωρητικότητες 59/cm) και εκφόρτιση 590 mA·h/g, αντίστοιχα, με ρυθμό εκφόρτισης 10C. Αυτό υποδηλώνει ότι η διάχυση ιόντων λιθίου-μπορεί να έχει αντικαταστήσει την αγωγιμότητα ως τον αποφασιστικό παράγοντα στις ηλεκτροχημικές ιδιότητες των μπαταριών ιόντων λιθίου-.

(2) Διάχυση ιόντων λιθίου-Η διάχυση ιόντων λιθίου-καθορίζεται τόσο από εσωτερικούς όσο και από εξωτερικούς παράγοντες. Οι εξωτερικοί παράγοντες περιλαμβάνουν το μέγεθος των σωματιδίων, την κατανομή και τη μορφολογία. Οι εσωτερικοί παράγοντες αναφέρονται κυρίως στον συντελεστή διάχυσης ιόντων λιθίου-. Ο συντελεστής διάχυσης ιόντων λιθίου-είναι σταθερή τιμή. η ικανότητα διάχυσης των ιόντων λιθίου μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους των σωματιδίων επειδή η διαδρομή διάχυσης των ιόντων λιθίου μέσα στο σωματίδιο αυξάνεται. Η ικανότητα διάχυσης των ιόντων λιθίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο του μεγέθους των σωματιδίων και ευθέως ανάλογη με τον συντελεστή διάχυσης ιόντων λιθίου-. Το μέγεθος των σωματιδίων έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στη διάχυση ιόντων λιθίου{11} από ότι ο συντελεστής διάχυσης. Ο αριθμητικός υπολογισμός του συντελεστή διάχυσης ιόντων λιθίου{13} πρέπει να συνδυαστεί με συγκεκριμένες μεθόδους μέτρησης και θεωρητικά μοντέλα. Οι κύριες μέθοδοι μέτρησης είναι η γαλβανοστατική τιτλοδότηση (GITT) και η φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής σύνθετης αντίστασης (EIS ή AC Impedance).

(3)-ηλεκτρόδια κλίμακας δύο διαστάσεων: Τα ηλεκτρόδια λεπτού-υμενίου ενισχύουν τη δραστηριότητα των ηλεκτροδίων αυξάνοντας την επιφάνεια. Στα ηλεκτρόδια λεπτής μεμβράνης, τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στον συλλέκτη ρεύματος ενώ τα ιόντα λιθίου εισέρχονται στον ηλεκτρολύτη από την αντίθετη κατεύθυνση. Με το σχηματισμό της στιβάδας FePO4, η αντίσταση στην κίνηση των ηλεκτρονίων μειώνεται, ενώ η αντίσταση στην κίνηση ιόντων λιθίου- αυξάνεται. Το FePO4 αρχικά σχηματίζει πυρήνα σε κρυσταλλικά ελαττώματα και στη συνέχεια αναπτύσσεται προς όλες τις κατευθύνσεις, αναστέλλοντας τη διάχυση ιόντων λιθίου έως ότου τα ιόντα λιθίου δεν μπορούν να διαφύγουν προς την κατεύθυνση [100].