Entropy‐Regulated LiMn x Fe 1‐ x PO 4 Cathode for Superior High‐Temperature Cycling

材料科学 组态熵 阴极 动力学 化学工程 溶解 活化能 热力学 相变 扩散 结构稳定性 熵(时间箭头) 相(物质) 化学物理 固溶体 动能 电流密度 表征(材料科学) 密度泛函理论 纳米技术 单相
作者
Jie Hu,Enhao Xu,Tuan Wang,Fangbing Li,Zhimin Liu,Hao Wu,Wenlong Cai,Yun Zhang,Kaipeng Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (40) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.75093
摘要

ABSTRACT LiMn x Fe 1‐ x PO 4 (LMFP) is a promising high‐energy‐density, cost‐effective, and safe cathode for lithium‐ion batteries. However, its practical application is hindered by intrinsic limitations, including low electronic/ionic conductivity, Jahn‐Teller distortion, and Mn dissolution, which become more severe at high temperatures. To overcome these challenges, we propose a novel configurational entropy (CE) regulation strategy, synthesizing a Li(Mn 0.6 Fe 0.4 ) 0.97 (MgCoNi) 0.03 PO 4 /C (CE‐LMFP/C) composite. The multi‐cation incorporation of Mg 2+ , Co 2+ , and Ni 2+ effectively increases the configurational entropy of the system and profoundly enhances charge transfer kinetics. Crucially, it effectively suppresses Jahn‐Teller distortion and Mn dissolution by strengthening Mn─O bonding and regulating the charge compensation mechanism. Furthermore, this strategy promotes a phase transition characterized by an extended solid‐solution region and reduced unit cell volume change. Consequently, CE‐LMFP/C delivers an impressive discharge capacity of 151.84 mAh g −1 at 0.2 C and maintains 134.14 mAh g −1 at an ultra‐high rate of 20 C. Remarkably, it exhibits outstanding stability under demanding conditions, retaining 82.64% of its initial capacity and 75.33% of its initial energy density after 400 cycles at 50°C. Detailed kinetics analysis and post‐cycling characterization confirm rapid Li + diffusion and exceptional structural integrity. This configurational entropy approach provides a powerful and novel pathway for designing high‐performance Mn‐based polyanionic cathodes.
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