Silica and nitrogen-doped carbon co-coated lithium manganese iron phosphate microspheres as cathode materials for lithium batteries.

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Date: May 2022
From: Canadian Journal of Chemistry(Vol. 100, Issue 5)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 4,487 words
Lexile Measure: 1980L

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Abstract :

Lithium manganese iron phosphate (Li[Mn.sub.1-x][Fe.sub.x]P[O.sub.4], LMFP) combines the advantages of LiFeP[O.sub.4] and LiMnP[O.sub.4]. However, low electronic conductivity and sluggish lithium ion diffusion of the LMFP cathode limits its commercial application. In this work, the LMFP microspheres were co-coated by silica and N-doped carbon for the improvement of electronic and ionic conductivity of LMFP. The hydrolysis of tetraethyl orthosilicate and the polymerization of dopamine can be mutually promoted in one reaction system to realize the simultaneous precipitation of Si and C species on the LMFP surfaces without the addition of acid-base catalysts or buffering agents. After high-temperature treatment in argon, the silica and N-doped carbon co-coated LMFP microspheres were obtained with improved cycling stability (84.4% of capacity retention for 300 cycles at 1 C) and enhanced rate performance (80.0 mAh [g.sup.-1] at 5 C). Therefore, this work shows a facile and common method for the composite coating of cathode materials. Key words: silica, N-doped carbon, lithium manganese iron phosphate, cathode, lithium battery. Le phosphate de fer-manganèse lithié (Li[Mn.sub.1-x][Fe.sub.x]P[O.sub.4], LMFP) allie les avantages du LiFeP[O.sub.4] et du LiMnP[O.sub.4]. Cependant, ses applications commerciales sont limitées en raison de sa faible conductivité électronique et de la diffusion peu efficace des ions lithium issus des cathodes de LMFP. Dans le cadre des présents travaux, nous avons recouvert des microsphères de LMFP d'un composite de silice et de carbone dopé à l'azote en vue d'améliorer la conductivité électronique et ionique du LMFP. L'hydrolyse de l'orthosilicate de tétraéthyle et la polymérisation de la dopamine peuvent se catalyser mutuellement dans un système réactionnel unique, permettant la précipitation simultanée d'espèces de Si et de C sur des surfaces de LMFP sans recourir à l'ajout de catalyseurs acido-basiques ou d'agents tampons. Lorsqu'elles sont traitées à haute température sous argon, les microsphères de LMFP recouvertes d'un composite de silice et de carbone dopé à l'azote peuvent être obtenues avec une stabilité de cyclage accrue (84,4% de rétention de capacité pendant 300 cycles à 1 C) et une plus grande rapidité de chargement (80,0 mAh [g.sup.-1] à 5 C). Ces travaux ont ainsi permis de présenter une méthode simple et commune pour réaliser le revêtement de matériaux cathodiques par un composite. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés: silice, carbone dopé à l'azote, phosphate de fer-manganèse lithié, cathode, batterie au lithium.

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Gale Document Number: GALE|A703170977