สีดำ เฟสบริสุทธิ์เฟ₃O₄เป็นเกรดที่ต้องการสำหรับการใช้งานขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน สีน้ำตาลแดงบ่งบอกว่าพื้นผิวผงถูกออกซิไดซ์บางส่วน (ถึงเฟ₂O₃) ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าลดลง
สีดำ = Fe₃O₄ บริสุทธิ์เฟส (แม่เหล็ก โครงสร้างสปิเนลผกผัน มีทั้ง Fe²⁺ และ Fe³⁺) สีน้ำตาลแดง = พื้นผิว Fe₃O₄ ถูกออกซิไดซ์บางส่วนเป็น Fe₂O₃ (ส่วนใหญ่เป็น γ-Fe₂O₃, สีน้ำตาลแดง) เนื่องจากผงนาโนมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่มาก การเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวของ Fe²⁺ จึงเป็นปัญหาที่พบบ่อย ยิ่งผงมีสีแดง ปฏิกิริยาออกซิเดชันก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้น
เฟ₃O₄ เป็นวัสดุแอโนดประเภทการแปลงที่ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี (ความจุตามทฤษฎี 926 mAh/g ซึ่งสูงกว่ากราไฟต์ 372 mAh/g มาก) ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองเกรด:
| พารามิเตอร์ |
สีดำ Fe₃O₄ บริสุทธิ์เฟส |
สีน้ำตาลแดง (พื้นผิวออกซิไดซ์) |
| การนำไฟฟ้า |
สูง (กึ่งโลหะ; อิเล็กตรอนกระโดดระหว่าง Fe²⁺/Fe³⁺, ~10²–10³ S/cm) |
เสื่อมสภาพ (Fe₂O₃ เป็นเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีขนาดต่ำกว่าหลายคำสั่ง) |
| การส่งมอบความจุ |
มั่นคง; ทั้ง Fe²⁺ และ Fe³⁺ มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการแปลง |
เลเยอร์ Surface Fe₂O₃ มีส่วนร่วม ความจุทางทฤษฎีสูงกว่าเล็กน้อย (1007 mAh/g) แต่การใช้งานจริงจะซีดจางเร็วกว่า |
| ประสิทธิภาพคูลอมบิกรอบแรก |
ค่อนข้างสูง |
ต่ำกว่า (Fe₂O₃ แสดงการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้มากขึ้น) |
| ความมั่นคงในการปั่นจักรยาน |
ดี |
แย่กว่านั้น (เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงมากขึ้นระหว่างชั้นออกไซด์และอิเล็กโทรไลต์; SEI ที่เสถียรน้อยกว่า) |
| คำตัดสิน |
แนะนำ | ต้องประเมินระดับออกซิเดชันก่อน |
1.XRD: ยืนยันว่าเฟสหลักคือ Fe₃O₄; ตรวจสอบพีคของการเลี้ยวเบนของ Fe₂O₃ (ตัวอย่างสีน้ำตาลแดงมักจะแสดงพีคของ γ-Fe₂O₃)
2.การไตเตรทเนื้อหา Fe²⁺ (วิธีไดโครเมต): Fe₃O₄ บริสุทธิ์มีอัตราส่วน Fe²⁺/Fe³⁺ ตามทฤษฎีที่ 1:2; ปริมาณ Fe²⁺ ที่ต่ำกว่าอย่างชัดเจนบ่งชี้ถึงการเกิดออกซิเดชันที่มีนัยสำคัญ
3. หากการเกิดออกซิเดชันมีความสำคัญ: ให้พิจารณาการบำบัดแบบลด (การลด H₂) การเคลือบคาร์บอน หรือเปลี่ยนไปใช้แหล่ง Fe₃O₄ บริสุทธิ์แบบเฟส
สำหรับลูกค้าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: จ่าย Fe₃O₄ เฟสบริสุทธิ์สีดำ ชุดสีน้ำตาลแดงควรได้รับการทดสอบระดับออกซิเดชันก่อนจัดส่ง หรือขายเป็นเหล็กออกไซด์ (Fe₂O₃) สำหรับการใช้งานอื่นๆ โดยมีฉลากผลิตภัณฑ์ระบุไว้อย่างชัดเจน
