Strain-tolerant design of LiFe Mn1PO4 cathodes: mechanistic insights and practical strategies toward high-performance phosphate batteries

纳米技术 生化工程 磷酸盐 化学 设计要素和原则 计算机科学 工程类 系统工程 材料科学 工艺工程
作者
Yadong Yang,Wanwei Zhao,Guangyao Jin,Ye Hong,Rui Xu
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:95: 103205-103205
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2026.103205
摘要

LiFe x Mn 1 -x PO 4 (LFMP) has emerged as a next-generation cathode material that bridges the cost-effectiveness, safety, and sustainability of LiFePO 4 (LFP) with the higher energy density of nickel-rich layered oxides without reliance on cobalt or nickel. However, the commercialization of LFMP is hindered by its intrinsically low electronic conductivity, one-dimensional tortuous Li + diffusion channels, and Mn-induced Jahn-Teller distortions. These factors, compounded by lattice strain during Fe 2+ /Fe 3+ and Mn 2+ /Mn 3+ redox transitions, lead to anisotropic stress, Li + transport barriers, increased internal resistance, and rapid capacity fade. This review systematically examines the structural and electrochemical behavior of LFMP across compositions, morphologies, and doping strategies. We analyze operando phase evolution, defect chemistry, and Li + migration pathways to elucidate the mechanistic origin of electrochemical fading. Particular emphasis is placed on solid solution stabilization, anti-site defect engineering, and elastic strain modulation via ion substitution and particle miniaturization. We synthesize insights across compositional design (multi-metal doping, Fe/Mn ordering), crystallographic defect control (e.g., anti-site Li + /M 2+ engineering), and morphological strategies (strain-accommodated nanoarchitectures), outlining approaches to extend solid-solution regimes and mitigate mechanical degradation. By bridging mechanistic understanding with scalable synthesis techniques, this review proposes a roadmap for the commercialization of LFMP as a strain-resilient, high-voltage cathode suitable for terawatt-scale energy storage.
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