Nat. Commun.：碳涂覆期間在磷酸鐵鋰上形成尺寸依賴性和導電相

【引言】

自從1997年首次報道以來，磷酸鐵鋰LiFePO₄（LFP）作為一種環境友好和安全的陰極材料，在儲能領域得到了廣泛的研究。很多研究已經致力于改善這種材料固有的低電子和離子電導率。表面碳涂層通常用于增加LFP的電導率，并被證明是一種有效的策略。這使得過去二十年中LFP在商用鋰離子電池中的廣泛應用取得了重大進展。然而，在碳涂覆過程中對表面化學變化的深入了解仍然難以捉摸。碳涂層是用于改善鋰離子電池中活性材料導電性的常用技術。碳涂覆工藝涉及在高溫下熱解有機物質在磷酸鐵鋰顆粒上以產生高度還原性氣氛，這可能引發活性材料中次生相的形成。

【成果簡介】

近日，韋仕敦大學孫學良、Guoxian Liang（共同通訊）等人在磷酸鐵鋰的碳涂覆過程期間觀察導電相，并且發現相含量取決于尺寸，溫度和退火氣氛。該階段的形成與碳涂覆工藝的還原能力有關。這一發現可以指導控制碳包覆磷酸鐵鋰的相組成，并在制造過程中調整其質量。相關成果以題為“Formation of size-dependent and conductive phase on lithium iron phosphate during carbon coating”發表在了Nature Communications上。

【圖文導讀】

圖1 碳涂覆過程中的表面導電相形成

a）上圖：SEM圖像（左側），BSE圖像（中間和右側）; 下圖：在LiFePO₄上形成表面導電相的EDS圖。

b）在LiFePO₄上形成新相的示意圖。

圖2 Fe₂P相形成的尺寸依賴特性

a）在900℃碳涂覆后不同尺寸LFP顆粒的XRD圖。

b）在900℃下退火的60nm LFP和560nm LFP的HRTEM Fe₂P相。

圖3 導電Fe₂P相在LFP中的積極效應

a）具有不同量Fe₂P的560nm LFP的電化學性質

b）60nm LFP在不同的氣氛中退火。

c）示意圖顯示了Fe₂P與導電滲流網絡的積極效應

【小結】

該研究顯示了在碳涂層期間LFP中表面次生相的形成取決于粒度，退火溫度和還原氣氛。Fe₂P相轉變過程受熱力學規則和反應動力學控制。來自半電池的初步數據通過微調相組成顯示對具有Fe₂P存在的LFP電化學性能有著積極的影響。但是，循環壽命的實際影響必須使用長期循環進行評估。盡管如此，在這項工作中開發的方法可能會擴展到其他橄欖石磷酸鹽或經過碳涂層的絕緣電極。

文獻鏈接：Formation of size-dependent and conductive phase on lithium iron phosphate during carbon coating（Nat. Commun.,2018,DOI:10.1038/s41467-018-03324-7）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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