面包芯语

AFM：磷酸铁锂预锂化的可行性

锂电联盟会长 2023-02-23 09:45
玄铁处理器集智能、安全、端云一体芯片架构 UCIe 2.0协议“死磕指南”！Avery VIP如何实现0缺陷互连？

点击左上角“锂电联盟会长”，即可关注！


01


导读


磷酸铁锂(LiFePO4)因其低成本和高循环稳定性而被广泛用作储能锂离子电池的正极材料。然而，LiFePO4较低的理论比容量使其初始容量损失更受关注。因此，通过预锂化和在LiFePO4中应用牺牲性富锂添加剂来补偿锂，对于提高LiFePO4基锂离子电池(LIBs)的能量密度和延长寿命是迫在眉睫的。

02


成果背景


近日，中国科学院物理研究所王兆翔研究员和王雪锋特聘研究员、国家纳米科学中心高玉瑞研究员等通过电化学和化学方法进行LiFePO4的预锂化，并基于电化学评价如初始充电容量和循环稳定性证明其可行性。此外，作者通过物理表征和密度泛函理论(DFT)计算，发现了预嵌入锂离子的位置。这些发现为提高电池的能量密度和延长其寿命开辟了新的途径。相关工作以“Feasibility of Prelithiation in LiFePO4”为题发表在Adv. Funct. Mater.上。

03

关键创新

（1）通过化学和电化学的方法将锂离子预嵌入到商用磷酸铁锂中，而不降低其电化学性能；

（2）在预锂化的LiFePO4中获得了25-30 mAh g-1的过量锂离子萃取容量，足以补偿全电池初始循环中损失的锂。

04


核心数据解读


图1 具有不同预锂化容量(Li1 + xFePO4, x ≥ 0)的LiFePO4电极的初始放电/再充电电压曲线a)，如此制备的和预锂化的(50 mAh g-1)LiFePO4电极的循环性能b)和Fe 2p结合能c)的比较，以及暴露于空气中(30分钟)的预锂化LiFePO4的电化学性能d)。@The Authors
作者首先进行了电化学预锂化。LiFePO4电极首先放电(预锂化)至不同的容量(图1a)。随着预锂化容量的增加，初始过量充电容量(与商业LiFePO4电极相比，最初充电至4.3 V，153 mAh g-1，如图1a所示)明显增加。随着预锂化容量的增加，初始过量充电容量与预锂化容量的比率首先增加，然后降低。同时，当预锂化低于50 mAh g-1时，预锂化LiFePO4的循环性能保持与制备的LiFePO4一样稳定(图1a，b)。考虑到容量比，特别是预锂化LiFePO4的循环性能，50 mAh g-1被认为是合适的预锂化容量。此外，暴露于空气中的预锂化LiFePO4的比容量和循环性能与新鲜的预锂化LiFePO4一样好 (图1d)。
图2 a)如此制备的LiFePO4和预锂化LiFePO4电极(50 mAh g-1)的同步加速器XRD（SXRD）。b)Li占据不同间隙位置的预锂化LiFePO4的模拟XRD (Oct-Fe和Tetra-P)。c)具有Oct-Fe Li的预锂化电极和d)具有Tetra-P Li的预锂化电极的同步加速器XRD精修。@The Authors
作者将物理表征和密度泛函理论计算相结合，找出预嵌入锂离子的位置。由于所有的Li位点已经被化学计量的LiFePO4占据，理论上预先嵌入的Li离子只能占据间隙位点。由于铁和磷共享相同的Wyckoff位置(4c)，间隙位置根据它们的配位来命名。例如，Oct-Fe表示Li占据八面体Fe位置并与六个O原子配位，而Tetra-P表示Li占据四面体P位置，并与四个O原子配位。作者考虑到可以容纳额外锂的多个间隙位置，进行了DFT计算以找出可能的锂嵌入位置。考虑到实验结果(图2a)，具有Oct-Fe和Tetra-P Lis的预锂化电极的状态最接近于LiFePO4电极的状态，证明预嵌入的Li离子更倾向于占据这两个位置。具有Oct-Fe和Tetra-P Lis的LiFePO4 的精修SXRD证实了这一结构(图2c，d)。因此，作者推断插入的锂离子占据Oct-Fe和/或Tetra-P位置。值得注意的是，预锂化并没有改变LiFePO4的结构，如图2a、c、d所示。
图3 a)不同状态下，LiFePO4电极的FTIR光谱。b)具有不同溅射持续时间的LiFePO4和Li1 + xFePO4的C 1s的XPS光谱。c，d)预锂化电极(50 mAh g-1)的HRTEM图像。初始充电至不同电压的LiFePO4电极e)和f)预锂化电极(50 mAh g-1)的阻抗谱的演变。@The Authors
作者应用各种技术来探索预锂化容量和额外充电容量之间差异的来源。预锂化引起的傅立叶变换红外光谱(FTIR)变化如图3a所示。在1660 cm-1(对于ROCO2Li)、1426和1500 cm-1 (对于Li2CO3)、1450 cm-1 (对于LiF)、880 cm-1 (对于Li2O)和1335 cm-1 (对于ROLi)处出现的峰值，验证了一些锂被消耗以形成SEI层，解释了额外充电容量和预锂化容量之间的差异。
作者记录了Li||LiFePO4和Li||Li1 + xFePO4电池在不同初始充电状态下的电化学阻抗谱(EIS),以了解预锂化对LiFePO4电极性能的影响。图3e、f显示了表面层电阻(RSEI)和电荷转移电阻(Rct)在预锂化后显著增加(插图是等效电路(图3e、f和4d))。RSEI的增加归因于电化学预锂化过程中SEI的形成和生长，而LiFePO4中锂含量的增加阻碍了表面附近的电荷转移并导致Rct的增加。
图4 a)化学预锂化的LiFePO4电极在第一次和第二次充电-放电循环中的电压曲线。b)0.1C时的循环性能(1C = 170mA g-1)。LiFePO4电极和化学预锂化的LiFePO4电极的Fe 2p XPS光谱c)和EIS d)。@The Authors
化学预锂化策略是为了更实际的应用而开发的。作者通过恒电流循环验证了化学预锂化的有效性(图4a)。随着浸泡时间和溶液浓度的增加，首次充电容量显著增加。然而，当溶液浓度高于0.1 m或浸泡时间超过4分钟时，会形成金属铁(Fe0)且放电容量开始下降(图4a)。过预锂化导致LiFePO4不可逆转化(LiFePO4→Li3PO4+Fe)。化学预锂化的LiFePO4表现出类似于LiFePO4的容量保持率(图4b)。考虑到预锂化的有效性、循环性能和化学预锂化的容易程度，最佳条件被设定为将电极浸泡在0.05 M的锂萘（Li-Naph）/THF中4 min。在这种条件下，Fe 2p的结合能降低到710.7 eV(图4c)，接近电化学预锂化的LiFePO4的结合能(图1c)。

05


成果启示


这项工作证明了在磷酸铁锂中进行化学和电化学预锂化的可行性，并为进一步提高磷酸铁锂基锂离子电池的能量密度和延长其寿命开辟了一条新的途径。

06


参考文献


Cao, M., Liu, Z., Zhang, X., Yang, L., Xu, S., Weng, S., Zhang, S., Li, X., Li, Y., Liu, T., Gao, Y., Wang, X., Wang, Z., Chen, L., Feasibility of Prelithiation in LiFePO4. Adv. Funct. Mater. 2022, 2210032.
https://doi.org/10.1002/adfm.202210032
来源：新威
锂电联盟会长向各大团队诚心约稿，课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿，请联系：邮箱ibatteryalliance@163.com。

相关阅读：
锂离子电池制备材料/压力测试！
锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！
软包电池关键工艺问题！
一文搞懂锂离子电池K值！
工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
揭秘宁德时代CATL超级工厂！
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！
锂离子电池生产中各种问题汇编！
锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）

登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
锂电联盟会长 研发材料，应用科技
评论 （0）
  • Matter协议，智能家居生态平台的“共生契约”
    Matter协议是一个由Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google Home和Samsung SmartThings等全球科技巨头与CSA联盟共同制定的开放性标准，它就像一份“共生契约”，能让原本相互独立的家居生态在应用层上握手共存，同时它并非另起炉灶，而是以IP（互联网协议）为基础框架，将不同通信协议下的家居设备统一到同一套“语义规则”之下。作为应用层上的互通标准，Matter协议正在重新定义智能家居行业的运行逻辑，它不仅能向下屏蔽家居设备制造商的生态和系统，让设备、平
    华普微HOPERF 2025-05-08 11:40 106浏览
  • 车载AI算力需求激增，紫光国芯车规级LPDDR4如何满足低功耗高性能？
    随着智能驾驶时代到来，汽车正转变为移动计算平台。车载AI技术对存储器提出新挑战：既要高性能，又需低功耗和车规级可靠性。贞光科技代理的紫光国芯车规级LPDDR4存储器，以其卓越性能成为国产芯片产业链中的关键一环，为智能汽车提供坚实的"记忆力"支持。作为官方授权代理商，贞光科技通过专业技术团队和完善供应链，让这款国产存储器更好地服务国内汽车厂商。本文将探讨车载AI算力需求现状及贞光科技如何通过紫光国芯LPDDR4产品满足市场需求。 车载AI算力需求激增的背景与挑战智能驾驶推动算力需求爆发式
    贞光科技 2025-05-07 16:54 154浏览
  • 【拆解】行车记录仪后摄像头，挺神奇的
    后摄像头是长这个样子，如下图。5孔（D-,D+,5V,12V,GND），说的是连接线的个数，如下图。4LED，+12V驱动4颗LED灯珠，给摄像头补光用的，如下图。打开后盖，发现里面有透明白胶（防水）和白色硬胶（固定），用合适的工具，清理其中的胶状物。BOT层，AN3860，Panasonic Semiconductor （松下电器）制造的，Cylinder Motor Driver IC for Video Camera，如下图。TOP层，感光芯片和广角聚焦镜头组合，如下图。感光芯片，看着是玻
    liweicheng 2025-05-07 23:55 115浏览
  • 某国产固态电解的2次和3次谐波失真相当好，值得一试。（仅供参考）
    某国产固态电解的2次和3次谐波失真相当好，值得一试。（仅供参考）现在国产固态电解的性能跟上来了，值得一试。当然不是随便搞低端的那种。电容器对音质的影响_电子基础-面包板社区  https://mbb.eet-china.com/forum/topic/150182_1_1.html （右键复制链接打开）电容器对音质的影响相当大。电容器在音频系统中的角色不可忽视，它们能够调整系统增益、提供合适的偏置、抑制电源噪声并隔离直流成分。然而，在便携式设备中，由于空间、成本的限
    bruce小肥羊 2025-05-04 18:14 246浏览
  • 二位半 5线数码管的驱动方法
    二位半 5线数码管的驱动方法这个2位半的7段数码管只用5个管脚驱动。如果用常规的7段+共阳/阴则需要用10个管脚。如果把每个段看成独立的灯。5个管脚来点亮，任选其中一个作为COM端时，另外4条线可以单独各控制一个灯。所以实际上最多能驱动5*4 = 20个段。但是这里会有一个小问题。如果想点亮B1，可以让第3条线（P3）置高，P4 置低，其它阳极连P3的灯对应阴极P2 P1都应置高，此时会发现C1也会点亮。实际操作时，可以把COM端线P3设置为PP输出，其它线为OD输出。就可以单独控制了。实际的驱
    southcreek 2025-05-07 15:06 250浏览
  • 利亚德净利暴跌、市值缩水，“羞愧”的董事长李军难翻盘
    文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍相较于一众措辞谨慎、毫无掌舵者个人风格的上市公司财报，利亚德的财报显得尤为另类。利亚德光电集团成立于1995年，是一家以LED显示、液晶显示产品设计、生产、销售及服务为主业的高新技术企业。自2016年年报起，无论业绩优劣，董事长李军每年都会在财报末尾附上一首七言打油诗，抒发其对公司当年业绩的感悟。从“三年翻番顺大势”“智能显示我第一”“披荆斩棘幸从容”等词句中，不难窥见李军的雄心壮志。2012年，利亚德（300296.SZ）在深交所创业板上市。成立以来，该公司在细分领
    华尔街科技眼 2025-05-07 19:25 191浏览
  • 紫光展锐全新奇迹手游引擎，开启游戏“芯”时代
    UNISOC Miracle Gaming奇迹手游引擎亮点：• 高帧稳帧：支持《王者荣耀》等主流手游90帧高画质模式，连续丢帧率最高降低85%;• 丝滑操控：游戏冷启动速度提升50%，《和平精英》开镜开枪操作延迟降低80%;• 极速网络：专属游戏网络引擎，使《王者荣耀》平均延迟降低80%;• 智感语音：与腾讯GVoice联合，弱网环境仍能保持清晰通话;• 超高画质：游戏画质增强、超级HDR画质、游戏超分技术，优化游戏视效。全球手游市场规模日益壮大，游戏玩家对极致体验的追求愈发苛刻。紫光展锐全新U
    紫光展锐 2025-05-07 17:07 205浏览
  • 快手、字节“AI军备竞赛”：一场没有赢家的技术泡沫秀？
    2024年初，OpenAI公布的Sora AI视频生成模型，震撼了国产大模型行业。随后国产厂商集体发力视频大模型，快手发布视频生成大模型可灵，字节跳动发布豆包视频生成模型，正式打响了国内AI视频生成领域第一枪。众多企业匆忙入局，只为在这片新兴市场中抢占先机，却往往忽视了技术成熟度与应用规范的打磨。以社交平台上泛滥的 AI 伪造视频为例，全红婵家人被恶意仿冒博流量卖货，明星们也纷纷中招，刘晓庆、张馨予等均曾反馈有人在视频号上通过AI生成视频假冒她。这些伪造视频不仅严重侵犯他人权
    用户1742991715177 2025-05-05 23:08 92浏览
  • 【拆解】多功能电锅，又长知识了
    多功能电锅长什么样子，主视图如下图所示。侧视图如下图所示。型号JZ-18A，额定功率600W，额定电压220V，产自潮州市潮安区彩塘镇精致电子配件厂，铭牌如下图所示。有两颗螺丝固定底盖，找到合适的工具，拆开底盖如下图所示。可见和大部分市场的加热锅一样的工作原理，手绘原理图，根据原理图进一步理解和分析。F1为保险，250V/10A,185℃，CPGXLD 250V10A TF185℃ RY 是一款温度保险丝，额定电压是250V，额定电流是10A，动作温度是185℃。CPGXLD是温度保险丝电器元件
    liweicheng 2025-05-05 18:36 284浏览
  • 【拆解】无线入耳式蓝牙耳机，从浅到深的认识
    这款无线入耳式蓝牙耳机是长这个样子的，如下图。侧面特写，如下图。充电接口来个特写，用的是卡座卡在PCB板子上的，上下夹紧PCB的正负极，如下图。撬开耳机喇叭盖子，如下图。精致的喇叭(HY)，如下图。喇叭是由电学产生声学的，具体结构如下图。电池包（AFS 451012  21 12），用黄色耐高温胶带进行包裹（安规需求），加强隔离绝缘的，如下图。451012是电池包的型号，聚合物锂电池+3.7V 35mAh，详细如下图。电路板是怎么拿出来的呢，剪断喇叭和电池包的连接线，底部抽出PCB板子
    liweicheng 2025-05-06 22:58 375浏览
  • 如何正确选择和使用高斯计
    ‌一、高斯计的正确选择‌1、‌明确测量需求‌‌磁场类型‌：区分直流或交流磁场，选择对应仪器（如交流高斯计需支持交变磁场测量）。‌量程范围‌：根据被测磁场强度选择覆盖范围，例如地球磁场（0.3–0.5 G）或工业磁体（数百至数千高斯）。‌精度与分辨率‌：高精度场景（如科研）需选择误差低于1%的仪器，分辨率需匹配微小磁场变化检测需求。2、‌仪器类型选择‌‌手持式‌：便携性强，适合现场快速检测；‌台式‌：精度更高，适用于实验室或工业环境。‌探头类型‌：‌横向/轴向探头‌：根据磁场方向选择，轴向探头适合
    锦正茂科技 2025-05-06 11:36 398浏览
  • 5小时自学修好BIOS卡住问题 更换硬盘
    5小时自学修好BIOS卡住问题  更换硬盘故障现象：f2、f12均失效，只有ESC和开关机键可用。错误页面：经过AI的故障截图询问，确定是机体内灰尘太多，和硬盘损坏造成，开机卡在BIOS。经过亲手拆螺丝和壳体、排线，跟换了新的2.5寸硬盘，故障排除。理论依据：以下是针对“5小时自学修好BIOS卡住问题+更换硬盘”的综合性解决方案，结合硬件操作和BIOS设置调整，分步骤说明：一、判断BIOS卡住的原因1. 初步排查     拔掉多余硬件：断开所有外接设备（如
    丙丁先生 2025-05-04 09:14 119浏览
我要评论
0
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦