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滑鐵盧大學(xué)李玉寧AFM:通過搖椅配位化學(xué)釋放LiFePO4的容量潛力

滑鐵盧大學(xué)李玉寧AFM:通過搖椅配位化學(xué)釋放LiFePO4的容量潛力
使用橄欖石型磷酸鐵鋰(LiFePO4,LFP)作為正極材料的鋰離子電池(LIBs)廉價、安全、耐用且環(huán)保,但其實(shí)際容量(120~160 mAh g-1)和理論容量(170 mAh g-1)之間仍有相當(dāng)大的差距。
滑鐵盧大學(xué)李玉寧AFM:通過搖椅配位化學(xué)釋放LiFePO4的容量潛力
在此,加拿大滑鐵盧大學(xué)李玉寧教授等人報告了一種新策略,即所謂的“搖椅”配位化學(xué)以增強(qiáng)Li+擴(kuò)散并釋放LFP正極材料的潛在容量。具體而言,作者使用了一種簡單且低成本的醋酸鋅二乙醇胺配合物(Zn(OAc)2·DEA)作為LFP電極中的粘結(jié)劑。
基于NMR和FT-IR結(jié)果,作者發(fā)現(xiàn)DEA中的N原子在放電狀態(tài)的Zn2+和充電狀態(tài)的Fe3+之間“搖擺”,因為配位鍵強(qiáng)度的順序為 Fe3+-N > Zn2+-N > Fe2+-N。
DFT結(jié)果表明,LFP表面帶隙變窄且Li+在(010)表面或附近沿[010]方向擴(kuò)散的活化能壘大大降低,這分別促進(jìn)了電子導(dǎo)電和Li+擴(kuò)散。
滑鐵盧大學(xué)李玉寧AFM:通過搖椅配位化學(xué)釋放LiFePO4的容量潛力
圖1. DFT計算研究DEA對LFP的影響
因此,Zn(OAc)2·DEA基LFP電極在0.2C時達(dá)到了169 mAh g-1的高容量(接近理論值),并獲得了優(yōu)異的循環(huán)性能和低容量衰減率(在5C下超過1500次循環(huán)中每循環(huán)僅衰減0.03%),與基于聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的LFP電極相比是顯著的改進(jìn)。
此外,Zn(OAc)2·DEA基LFP電極是由環(huán)境友好的“綠色”溶劑,即水和乙醇的混合物 (體積比為3:1) 制備,因此還可以顯著降低電極制造成本。這種新化學(xué)物質(zhì)也可能適用于其他含有過渡金屬的電極材料,以實(shí)現(xiàn)更高的電池性能。
滑鐵盧大學(xué)李玉寧AFM:通過搖椅配位化學(xué)釋放LiFePO4的容量潛力
圖2. Zn(OAc)2·DEA基LFP電極的電化學(xué)性能
Unleash the Capacity Potential of LiFePO4 through Rocking-Chair Coordination Chemistry, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108692

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