Nat. Commun.：碳涂覆期间在磷酸铁锂上形成尺寸依赖性和导电相

【引言】

自从1997年首次报道以来，磷酸铁锂LiFePO₄（LFP）作为一种环境友好和安全的阴极材料，在储能领域得到了广泛的研究。很多研究已经致力于改善这种材料固有的低电子和离子电导率。表面碳涂层通常用于增加LFP的电导率，并被证明是一种有效的策略。这使得过去二十年中LFP在商用锂离子电池中的广泛应用取得了重大进展。然而，在碳涂覆过程中对表面化学变化的深入了解仍然难以捉摸。碳涂层是用于改善锂离子电池中活性材料导电性的常用技术。碳涂覆工艺涉及在高温下热解有机物质在磷酸铁锂颗粒上以产生高度还原性气氛，这可能引发活性材料中次生相的形成。

【成果简介】

近日，韦仕敦大学孙学良、Guoxian Liang（共同通讯）等人在磷酸铁锂的碳涂覆过程期间观察导电相，并且发现相含量取决于尺寸，温度和退火气氛。该阶段的形成与碳涂覆工艺的还原能力有关。这一发现可以指导控制碳包覆磷酸铁锂的相组成，并在制造过程中调整其质量。相关成果以题为“Formation of size-dependent and conductive phase on lithium iron phosphate during carbon coating”发表在了Nature Communications上。

【图文导读】

图1碳涂覆过程中的表面导电相形成

a）上图：SEM图像（左侧），BSE图像（中间和右侧）; 下图：在LiFePO₄上形成表面导电相的EDS图。

b）在LiFePO₄上形成新相的示意图。

图2 Fe₂P相形成的尺寸依赖特性

a）在900℃碳涂覆后不同尺寸LFP颗粒的XRD图。

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

图3 导电Fe₂P相在LFP中的积极效应

a）具有不同量Fe₂P的560nm LFP的电化学性质

b）60nm LFP在不同的气氛中退火。

c）示意图显示了Fe₂P与导电渗流网络的积极效应

【小结】

该研究显示了在碳涂层期间LFP中表面次生相的形成取决于粒度，退火温度和还原气氛。Fe₂P相转变过程受热力学规则和反应动力学控制。来自半电池的初步数据通过微调相组成显示对具有Fe₂P存在的LFP电化学性能有着积极的影响。但是，循环寿命的实际影响必须使用长期循环进行评估。尽管如此，在这项工作中开发的方法可能会扩展到其他橄榄石磷酸盐或经过碳涂层的绝缘电极。

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

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