b-Axis Phase Boundary Movement Induced (020) Plane Cracking in LiFePO4

材料科学 相(物质) 运动(音乐) 平面(几何) 开裂 边界(拓扑) 复合材料 几何学 化学 哲学 美学 数学 数学分析 有机化学
作者
Junjie Fu,Kuan Wang,Danmin Liu,Zhenlu Zhang,Manling Sui,Pengfei Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (35): 39245-39251 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.0c10838
摘要

Phase boundary movement accomplishing reversible LiFePO4/FePO4 biphasic transition is a fundamental Li-ion intercalation/deintercalation mechanism for LiFePO4 cathode. Phase boundary energetically favors crack nucleation and propagation; thus, postmortem observation on cracks becomes a feasible approach to investigate the phase-transition behavior and the Li-ion diffusion mechanism. The previously observed (200) plane cracks facilitate the "domino" diffusion model. Herein, our microscopic observations reveal another type of cracks along the (020) planes in a commercial LiFePO4 cathode cycled at moderate rates (0.1C, 0.33C, and 1C). Such (020) plane cracks are more detrimental to electrochemical performance because they can cut off the Li-ion diffusion pathway, causing inactive segments of LiFePO4. The (020) plane cracks indicate the LiFePO4/FePO4 phase boundary is along the (020) plane and moving along the b-axis during battery operation, which is a typical bulk diffusion-limited Li-ion diffusion behavior. Our observations stress that large LiFePO4 primary particle (>200 nm) not only aggravates cracking degradation but also switches the Li-ion diffusion mode to a slow bulk diffusion mechanism, plunging the overall battery performance.

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