New liquid carbon dioxide based strategy for high energy/power density LiFePO4

材料科学 涂层 电解质 介孔材料 功率密度 功率(物理) 碳纤维 电极 化学工程 纳米技术 复合材料 有机化学 催化作用 量子力学 复合数 物理 工程类 物理化学 化学
作者
Jane Hwang,Ki Chun Kong,Wonyoung Chang,Eunmi Jo,Ki Woong Nam,Jaehoon Kim
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:36: 398-410 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2017.04.046
摘要

A liquid carbon dioxide (l-CO2) based coating approach is developed for ultrathin, uniform, and conformal carbon coating of hierarchically mesoporous LiFePO4 (LFP) nano/microspheres for fabricating high-energy-density and high-power-density carbon coated LFP (C-LFP) with long-term cyclability. The unique properties of l-CO2 result in an ultrathin carbon layer (1.9 nm) distributed all over the primary nano-sized LFP particles (20–140 nm in diameter), forming a core (LFP)-shell (carbon) structure. This unique structure provides facile penetration of liquid electrolytes and rapid electron and Li-ion transport. C-LFP exhibits high reversible capacity, high energy and power density (168 mAh g−1 at 0.1 C, 109 Wh kg−1 and 3.3 kW kg−1 at 30 C, respectively) with excellent long-term cyclability (84% cycle retention at 10 C after 1000 cycles). In addition, the ultrathin and uniform carbon layer of the mesoporous microspheres allows a high tap density (1.4 g cm−3) resulting in a high volumetric energy density (458 Wh L−1 at a 30 C rate). Furthermore, C-LFP presents a high capacity and stable cycling performance under low-temperature and high-temperature environment. Well-developed carbon coating approach in this study is simple, scalable, and environmentally benign, making it very promising for commercial-scale production of electrode materials for large-scale Li-ion battery applications.
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