1. Stabilizing the Structure of LiCoPO4 Nanocrystals via Addition of Fe3+: Formation of Fe3+ Surface Layer, Creation of Diffusion-Enhancing Vacancies, and Enabling High-Voltage Battery Operation
- Author
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Okita, Naohisa, Kisu, Kazuaki, Iwama, Etsuro, Sakai, Yuki, Lim, Yiyo, Takami, Yusuke, Sougrati, Moulay Tahar, Brousse, Thierry, Rozier, Patrick, Simon, Patrice, Naoi, Wako, Naoi, Katsuhiko, Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
- Subjects
[SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials - Abstract
Note : This article was published ASAP on September 21, 2018, with errors in Figures 1 and 3−5, Table 1, and in the Supporting Information. The corrected version was reposted on September 27, 2018.; International audience; Factors affecting the cyclability of the Fe-substituted LiCoPO4 (LiCo0.8Fe0.2PO4, LCFP) material were elucidated, including both the structural and electrode/electrolyte stability. Electrochemical characterization of the synthesized LCFP nanoparticles lends clear evidence for improved electrochemical stability of LCP, as well as enhanced rate capability, with Fe3+ substitution. Surface analysis using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron energy loss spectroscopy (EELS) suggest that Fe enrichment on the surface of LCFP occurs through the oxidation of Fe2+ into Fe3+ in the synthesis process. The Fe3+-rich phase on the LCP surface enhances the stability of the delithiated phase, preventing oxidative reactions with electrolytes during high-voltage operation. This surface protection persists as long as the electrochemical reduction of Fe3+ is avoided by ensuring that the full range of operating voltages lie above the Fe3+/Fe2+ redox potential. Our findings may offer new approaches to stabilize the structure of LCP and other high-voltage positive electrodes for use in 5 V-class Li-ion batteries.
- Published
- 2018
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