超快充放电电池材料

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1、NATUREIVol458112March2009Batterymaterialsforultrafastcharginganddischarging超快充放电电池材料和其他锂离了电池一样，LiFePCU的充放电分别伴随着锂离了和电子的脱嵌和嵌入。因此，具有这类电极材料的锂离子电池的功率性能强烈依赖于锂离了和电了从电解质和复合电极结构中到活性物质的扩散速率。人们提高块体LiFePO4低倍率性能的策略主要关注：(1)提高块材料体内或材料表面电子传输速率；(2)采用纳米材料来减小锂离子和电子的扩散距离。然而，最近的

2、研究表明，锂离子在电极材料表面的扩散同电子扩散一样重要。LiFePO4中，锂离子只能从[010]方向扩散到体相中，而原则上锂离子可以从电解质扩散到电极材料表而的任何晶面内。因此，提高表而到(010)晶而的扩散速率可以提高电池的倍率性能。不同于之前的方法，作者采用了磷化锂包覆纳米LiFePO4的方法，电极材料表征结果显示出了超高的倍率性能。(创新点)此外，众所周知，无定形磷化锂是一种很好且稳定的锂离子导体，同时还能和过渡金属掺杂来获得良好的电子电导。附图1是带有合成LiFePO4还原气氛氧势的计算锂一铁一磷的三元

3、相图。Li2O-P2O5两相界面上的高磷成分组成是具有高锂电导的良好无定形体，氮掺杂的Li3PO4已经被用作固态锂电解质。此外，无定形形成能力和锂电导随着Li?。存在而降低。通过在这些无定形成分中溶解大量过渡金属离子可以提高电子电导，但是这种包含高含量过渡金属的无定形态通常只能通过液态快速冷却得到。因此，相图的阴影部分代表具有良好锂离子电导的最优包覆成分。作者的合成策略是釆用非计量比起始材料，这样在热处理形成LiFePCU过程中包覆成分也从LiFePO4中分离出来，因此在同一过程屮同时制备了活性存储材料和包覆层

4、。附图1箭头A显不的是Fe：P缺陷比2:1(如LiFd.2yPi.yO4.y=0.05)的结果。作者指出，缺陷比为1:1的Fe：P(如附图1箭头B所示，即锂过量)形成了在合成LiFeP04条件下不可能得到的L13PO4和铁氧化物的混合物。LiFeo.9Po.95O4.s是通过将适当量Li2CO3,FeC2O4.2H2O和NH4H2PO4球磨后，在350°C下加热10h,然后再在600°C加热10h后得到的。TFef+Li3PO4*Li4P2O7(•ITe)A七su£u_1020304020(°)Figure11

5、CharacterizationofLiFePo.9Po.9sO4-^synthesizedunderargon・a,PowderX-raydiffractionpatterns(usingCuKotradiation)forsamplessynthesizedatdifferenttemperatures.Fe2Pstartstoappearat700°CandLi4P2O7startstocrystallizeat800°C・Thelatticeparametersforthematerialsynthes

6、izedat600°Carea=10.3134A,b=6.002入andc=4.691A.0,XRD结果显示尽管釆用非计量比起始反应物，形成的计量比LiFePO4的晶胞参数(a=10.3134A,b=6.002A,c=4.691A)和已报道的文献数据很相近。600°C合成的样品的XRD中没有Fe2P谱峰，700°C合成的样品XRD结果显示存在少量的Fe2P0但是，无法排除还原气氛下FeP和Fe2P的存在。穆斯堡尔谱(附图4)表明除了主要成分LiFePO4外，还存在10%其他化学环境的Feo第二相的同分异构体转化

7、峰(0.464mms_1)和四级分裂峰(0.798mms")落在文献里无定形焦磷酸盐(P2O7-4)中F0的峰值范围内，最近的报道也有认TFef+Li3PO4*Li4P2O7(•ITe)A七su£u_1020304020(°)Figure11CharacterizationofLiFePo.9Po.9sO4-^synthesizedunderargon・a,PowderX-raydiffractionpatterns(usingCuKotradiation)forsamplessynthesizedatdiff

8、erenttemperatures.Fe2Pstartstoappearat700°CandLi4P2O7startstocrystallizeat800°C・Thelatticeparametersforthematerialsynthesizedat600°Carea=10.3134A,b=6.002入andc=4.691A.0,XRD结果显示尽管釆用非计量比起始反应物，形成的计量