【引言】

鋰離子電池的高容量和高倍率性能取決于正極新材料的開發(fā)和結構的改進。納米晶體受益于其較短的鋰離子擴散路徑，增強了LiMPO-4-（M=Fe,Mn,Co）的動力學特性。

然而，與塊狀材料相比，LiMPO-4-納米晶體在電池中的應用也有許多不利之處。比如說，晶體表面的不完整性會使界面處的鋰離子具有更低的束縛能，從而導致充放電電壓的降低和容量的損失；同時，大的比表面積會產(chǎn)生更多的活性位點，過渡金屬陽離子溶解問題會變得更加明顯，這也是影響鋰電池充放電穩(wěn)定性的主要因素。其次，納米化帶來的振實密度和能量密度的降低更是工業(yè)生產(chǎn)中不容忽視的問題。

【成果簡介】

近日，來自北京大學深圳研究生院的潘鋒教授在著名期刊NanoLetters上發(fā)表題為”ExcessLi-IonStorageonReconstructedSurfacesofNanocrystalsToBoostBatteryPerformance”的文章。該文章報道了一種表面重構方法，以此減小LFP納米晶體的缺陷，從而提高了鋰離子電池的容量和倍率性能。通過獨特的表面重構，LFP納米晶體體現(xiàn)出具有尺寸效應的超容量性能。平均粒徑為83nm和42nm的LFP可以表現(xiàn)出186和207mAhg-1的比容量(分別超出了170mAhg-1理論值的9.4%和21.8%)。而且，基于LFP納米晶體的復合物電極展示了良好循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率特性，10C電流密度下1000次循環(huán)容量損失只有0.3-1.1%，在50C倍率下電極仍然能表現(xiàn)出114mAhg-1/127mAhg-1的充/放電容量。實驗和理論計算揭示了額外的容量來源于通過C-O-Fe鍵重構LFP表面的額外鋰離子存儲，該鍵可以通過補償表面Fe的破缺對稱來獲得在重構表面上的兩種額外鋰離子存儲位點，以此增強表面鋰的束縛能。該超容量現(xiàn)象在LiFe1-xMnxPO4(0≤x≤1)和LiFe1-xCoxPO4(0≤x≤1)材料中均有發(fā)現(xiàn)。

【圖文導讀】

圖一：兩種LFP復合物的性能和結構表征

(a-b)LFP復合物((N=Normal,E=Excess)的充放電曲線；

(c)不同LFP復合物的倍率性能；

(d)LFP樣品中C1s的XPS圖；

(e)兩種脫鋰后42-nmLFP電極的XAS圖譜和擬合曲線；

(f)充電的LFP-N和LFP-E結構中Fe原子的巴德電荷。

圖二：充放電時LFP的結構演化圖

(a-b)鋰與電子轉換和額外鋰原子在LFP-N和LFP-E結構中的的插入位點；

(c-d)42nmLFP-E納米粒子充放電后的透射電鏡圖片。