Mn-Rich Induced Alteration on Band Gap and Cycling Stability Properties of LiMnxFe1–xPO4 Cathode Materials

材料科学 阴极 电化学 锂(药物) 化学工程 热液循环 结构稳定性 锂离子电池 电池(电) 电极 物理化学 热力学 医学 功率(物理) 化学 物理 结构工程 工程类 内分泌学
作者
Mingdi Yao,Yutong Wang,Jianan Chen,Hanyuan Dong,Meixuan Li,Xiaoming Zhang,Chunxia Wang,Guoyong Huang,Shengming Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (48): 66077-66088 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.4c13100
摘要

Olivine-type LiMnxFe1-xPO4 (LMFP) has inherited the excellent heat-stable structure of LiFePO4 (LFP) and the high-voltage property of LiMnPO4 (LMP), which shows great promise as a high-safety, high-energy-density cathode material. In order to combine the high energy density and excellent electrochemical performance, it is essential to consider the Mn/Fe ratio. This paper presents a theoretical investigation of the lattice structure parameters, embedded lithium voltage, local electron density, migration barrier, and lithium ion delithiation and lithiation mechanism of different LiMnxFe1-xPO4 (0.5 ≤ x ≤ 0.8) compounds. In situ-coated LiMnxFe1-xPO4 (0.5 ≤ x ≤ 0.8) composite cathode materials with a size of 100-200 nm were prepared by a hydrothermal method to verify the theoretical study. LiMn0.6Fe0.4PO4/C exhibited a specific capacity of 140.2 and 97.58 mA h·g-1 at 1 and 5C, respectively, and a remarkable capacity retention rate of 88.5% after 200 cycles at 1C. When LiMn0.6Fe0.4PO4/C was assembled into a flexible pouch battery and subjected to long cycle tests at different rates and squeeze and extrusion tests, it demonstrated a capacity retention rate of 99.35% for 100 cycles at 0.2C and 93.2% for 200 cycles at 0.5C. Moreover, the structural evolution of LiMn0.6Fe0.4PO4/C were analyzed in situ XRD, indicating a high stability and the resulted as obtine electrochemical performance, paving the way for optimization of high-energy-density LMFP cathode materials.
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