Boosting High-Temperature Durability of Industrial-Scale LiMn0.6Fe0.4PO4 Cathode through Niobium Doping

材料科学 耐久性 兴奋剂 阴极 Boosting(机器学习) 冶金 矿物学 工程物理 化学工程 复合材料 光电子学 物理化学 化学 机器学习 计算机科学 工程类
作者
Shijiang Xin,Haiyan Zhang,Zhibing Hu,Pengfei Zhao,Chunxian Zhou,Haimei He,Peng Liu,Jiapeng Zhang,Jisheng Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (23): 33783-33795 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.4c22977
摘要

Renewable energy’s growth of renewable energy drives the need for advanced lithium-ion batteries (LIBs). LiMn 0.6 Fe 0.4 PO 4 (LMFP) cathode materials show promise but face challenges like the Jahn–Teller effect and metal dissolution, undermining structural stability and cycling performance, especially under elevated temperatures. This study pioneers the strategic doping of high-valence niobium (Nb 5+ ) into LMFP to address these limitations. The Nb-doped LMFP cathodes were synthesized at an industrial scale using industrially viable coprecipitation and spray-drying methods. Nb is doped into the Li site with controllable atomic content from 0 to 3%. The introduction of Nb reduces antisite defects, accelerates lithium-ion diffusion, and effectively suppresses both the Jahn–Teller effect and manganese dissolution. Notably, the optimized Li 1– x Mn 0.6 Fe 0.4 Nb x @C cathode with 2% Nb exhibits remarkable high-temperature performance, retaining 95.07% of its capacity over 150 cycles at 60 °C and delivering a discharge capacity of 148.4 mAh g –1 . These results underscore the transformative potential of Nb doping in overcoming thermal degradation, offering a compelling pathway for the development of robust, long-life LIB cathodes.
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