Fluorine-doped carbon coating of LiFe0.5Mn0.5PO4 enabling high-rate and long-lifespan cathode for lithium-ion batteries

锂(药物) 阴极 兴奋剂 涂层 碳纤维 离子 材料科学 工程物理 光电子学 电气工程 化学 纳米技术 复合材料 工程类 冶金 复合数 有机化学 医学 内分泌学
作者
Hong Chen,Yuchen Wu,Hanyu Xu,Jiaqing Zhao,Ji Wang,Chaojie Ren,Chao Zhao,Ruizhi Yang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:628: 235892-235892 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.235892
摘要

The limited electron and ionic conductivity , along with the sluggish kinetics caused by the Jahn-Teller effect of Mn 3+ , impose constraints on the electrochemical performance of LiFe x Mn 1-x PO 4 . Herein, the surface of LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 (LFMP) is modified with a F-doped carbon using the solvothermal and calcination methods. The incorporation of F-doped carbon coating, along with the formation of interfacial F-Li, F-Fe and F-Mn bonds between the carbon layer and LFMP nanoparticles , significantly mitigates charge transfer resistance, facilitates rapid electron transfer , as well as enhances Li + diffusion kinetics. The LFMP@C-F2 cathode prepared in this study exhibits an unexceptionable capacity retention of 90.5 % after 300 cycles at a low rate of 0.2C and a capacity retention of 78.8 % over 1000 cycles at a high rate of 1C. When incorporated into the solid battery configuration (Li/PEO-LATP CSE/LFMP@C-F2), it exhibits an initial discharge specific capacity of 148 mAh g −1 and maintains a capacity retention of 85.8 % after 60 cycles at 0.1C, thereby offering an innovative approach to enhance the performance of LFMP in terms of cycling stability and rate capacity in lithium-ion batteries, as well as to apply LFMP into solid-state lithium batteries . • F-doped carbon is successfully coated on the surface of LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 (LFMP). • F-doped carbon layer and formed F-Fe and F-Mn reduce charge transfer resistance. • LFMP@C-F2 cathode delivers a capacity retention of 90.5 % after 300 cycles at 0.2C. • LFMP@C-F2 cathode shows a capacity retention of 78.8 % after 1000 cycles at 1C. • Solid battery with capacity retention of 85.8 % after 60 cycles at 0.1C is enabled.
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