Capturing metastable structures during high-rate cycling of LiFePO 4 nanoparticle electrodes

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作者
Hao Liu,Fiona C. Strobridge,Olaf J. Borkiewicz,Kamila M. Wiaderek,Karena W. Chapman,Peter J. Chupas,Clare P. Grey
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:344 (6191) 被引量:549
标识
DOI:10.1126/science.1252817
摘要

The absence of a phase transformation involving substantial structural rearrangements and large volume changes is generally considered to be a key characteristic underpinning the high-rate capability of any battery electrode material. In apparent contradiction, nanoparticulate LiFePO4, a commercially important cathode material, displays exceptionally high rates, whereas its lithium-composition phase diagram indicates that it should react via a kinetically limited, two-phase nucleation and growth process. Knowledge concerning the equilibrium phases is therefore insufficient, and direct investigation of the dynamic process is required. Using time-resolved in situ x-ray powder diffraction, we reveal the existence of a continuous metastable solid solution phase during rapid lithium extraction and insertion. This nonequilibrium facile phase transformation route provides a mechanism for realizing high-rate capability of electrode materials that operate via two-phase reactions.
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