通过掺杂Ni2+和Co2+的LiFePo4/C正极提升锂离子电池性能

《ChemistrySelect》：Boosting Lithium-Ion Battery Performance via Ni2+ and Co2+ Doped LiFePo4/C Cathodes

本研究通过在LiFePO4的Fe2?位点掺杂2%的Ni2?和Co2?，优化了磷酸铁锂材料的结构，有效降低了电荷转移电阻和极化现象，同时提升了锂离子扩散系数和电池比容量，显著改善了锂离子电池的电化学性能。

　　

摘要

锂离子（Li-ion）电池是最广泛使用的储能技术之一，特别是在便携式电子设备和电动汽车中。其优点包括高能量密度、长使用寿命和快速充电能力。在锂离子电池系统中，正极材料对电池的整体性能起着关键作用。磷酸铁锂（LiFePO₄）是一种有前景的正极材料，因为它具有相对较高的比容量（170 mAh/g）、环保性、良好的安全性和热稳定性以及较低的生产成本。然而，LiFePO₄的电子导电性较低，锂离子的扩散速率也较慢。这两个问题可以通过掺杂金属离子来解决。本研究重点关注通过用过渡金属离子（Ni²⁺和Co²⁺）在铁（Fe²⁺位点上掺杂来修改LiFePO₄的结构，从而制备出LiFe_1-xM_xPO₄样品。电化学表征结果（包括EIS、CV和CD）表明，在橄榄石结构的LiFePO₄的Fe²⁺位点上掺杂2%的过渡金属离子（Ni²⁺和Co²⁺）可以有效提高电化学性能，降低电荷转移电阻（Rct）和氧化还原峰电压（ΔV），增加锂离子（D⁺）的扩散系数以及锂离子电池的比容量。

图形摘要

磷酸铁锂（LiFePO₄）是一种安全且成本效益高的正极材料，但由于电子导电性差和锂离子扩散速率慢而受到限制。本研究证明，在Fe²⁺位点上掺杂2%的Ni²⁺和Co²⁺可以显著降低电荷转移电阻和极化现象，同时提高锂离子扩散率和比容量，从而改善电化学性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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