Unleash the Capacity Potential of LiFePO4 through Rocking‐Chair Coordination Chemistry

阴极 材料科学 吸附 离子 锂(药物) 电极 扩散 Atom(片上系统) 化学工程 纳米技术 物理化学 化学 热力学 物理 冶金 有机化学 计算机科学 嵌入式系统 内分泌学 工程类 医学
作者
Zhong Ma,Zhijun Zuo,Lin Li,Yuning Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (8) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adfm.202108692
摘要

Abstract There is still a considerable gap between the actual and theoretical capacities of the commercial cathode material LiFePO 4 (LFP) for lithium‐ion batteries (LIBs). Here, a new strategy to release the full capacity of LFP through the rocking‐chair coordination chemistry is reported. Specifically, the zinc acetate‐diethanolamine complex (Zn(OAc) 2 ·DEA) is used as a functional binder for the LFP cathode, where the N atom of DEA can coordinate with Zn 2+ , Fe 2+ , or Fe 3+ . The bond strength sequence is Fe 3+ –N > Zn 2+ –N > Fe 2+ –N, which makes the N atom swing between Fe 3+ on the surface of FePO 4 in the charged state and Zn 2+ of Zn(OAc) 2 in the discharged state. Density functional theory simulations reveal that the adsorption of DEA reduces the surface bandgap and the energy barriers of Li + diffusion along the [010] direction of LFP, which promotes electronic conduction and Li + diffusion, respectively. The Zn(OAc) 2 ·DEA‐based LFP electrode achieves a high capacity of 169 mAh g −1 at 0.2C, which approaches the theoretical value of 170 mAh g −1 . The electrode also has excellent cycling performance, showing a low capacity decay rate of 0.03% per cycle over 1500 cycles at 5C.
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