Temperature-Dependence Vanadium Regulation for Extreme Fast Charging LiFePO4 Cathode Materials with Multilevel Core-Shell Structure

材料科学 阴极 锂(药物) 电导率 扩散 离子电导率 离子 离子键合 化学工程 纳米技术 电极 物理化学 热力学 医学 物理 工程类 内分泌学 电解质 化学 冶金 量子力学
作者
Yuanpeng Cao,Jingjing He,Jianguo Duan,Wenhui Tu,Chao Zhao,Wenjiao Li,Wei Luo,Xianshu Wang,Peng Dong,Yingjie Zhang,Ding Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:70: 103528-103528 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103528
摘要

Lithium-ion batteries (LIBs) with LiFePO4 cathode are widely used in electric vehicles and energy storage systems owing to their cost-effectiveness and safety. However, this type of LIBs is limited by poor fast-charging capabilities owing to the inherent poor electronic conductivity and one-dimensional ionic pathways. Herein, we show that the approach of temperature-dependence vanadium (V) regulation can greatly improve the Li+ diffusion dynamics both in bulk and at interface, leading to the achievement of ultrafast charging/discharging capability of LiFePO4-based LIBs. The formation of V3+ doping induced Fe-site vacancy in bulk and Li3V2(PO4)3 phase at interface with high ionic conductivity can be achieved at the optimal conditions of 700°C and 0.10 V content. Additionally, this regulatory V effect endows the LiFe1-3/2xVxPO4 (LFVP) materials with a specific multilevel core-shell structure. Consequently, the optimal LFVP-0.10-700 sample delivers high specific capacities of 169.6 mAh g−1 at 0.1 C with an excellent capacity retention of 97.5% after 200 cycles at 1 C, as well as ∼100 mAh g−1 at an ultrahigh rate of 50 C for 3500 cycles. These performances make LiFePO4 cathode possible for extreme fast charging LIBs.
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