Enabling high-performance lithium iron phosphate cathodes through an interconnected carbon network for practical and high-energy lithium-ion batteries

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作者
Bin Li,Jianqi Xiao,Xiaoyi Zhu,Zhuoyan Wu,Xushan Zhang,Han Yu,Jin Niu,Feng Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:653 (Pt A): 942-948 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.09.133
摘要

The olivine lithium iron phosphate (LFP) cathode has gained significant utilization in commercial lithium-ion batteries (LIBs) with graphite anodes. However, the actual capacity and rate performance of LFP still require further enhancement when combined with high-capacity anodes, such as silicon (Si) anodes, to achieve high-energy LIBs. In this study, we introduce a gelatin-derived carbon network into a nanosized LFP cathode without the need for additional binding and conductive agents, employing a simple and cost-effective method. The resulting cathode exhibits an extremely high LFP content (∼92.3 wt%), enabling it to show a high real capacity of 159.7 mAh/g at 0.2 C in half cells. Additionally, the interconnected carbon network effectively facilitates electron and Li+ transport, providing rapid pathways within the LFP nanoparticles. Consequently, the cathode exhibits superior rate capability (107.3 mAh/g at 10 C) and good cycling performance (with a capacity retention of ∼ 80 % after 500 cycles). To further assess its practical viability, the LFP cathode is assembled into a full cell utilizing a Si-based anode with a N/P ratio of 1.1. The resulting full cell delivers a significantly high energy density of 419.7 Wh kg−1, coupled with prolonged cycle life, highlighting its promising prospects for practical applications.
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