High capacity LiFePO4/C/rGO nanocomposite positive electrode for lithium ion batteries = Lityum iyon piller için yüksek kapasiteli LiFePO4/C/rGO nanokompozit pozitif elektrot

Abstract

Li-ion ikincil pillerin yaygın ve genişletilmiş uygulamaları için, öncelikle katot malzemeleri tarafından belirlenen üstün elektrokimyasal yeteneklere sahip yeni elektrot malzemelerinin geliştirilmesi gereklidir. Mükemmel stabilitesi, kullanılabilirliği ve çevre dostu olması nedeniyle, LiFePO4 (LFP), uygulanabilir bir katot malzemesi olarak yaygın olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada, glisin-nitrat tekniğine dayalı basit bir çözelti yakma işlemi kullanılarak mikron altı parçacıklara sahip tek fazlı LFP malzemesi üretmek için temel malzeme olarak düşük maliyetli bir demir (III) kullanılmıştır. Yüksek saflıkta LiFePO4 üretmek için optimal Glisin/LiFePO4 oranı 1:4 olarak bulunmuş ve üretilen LiFePO4, sabit C/20 oranında 102 mAh/g deşarj kapasitesi gösterdi. Karbon kaplı LiFePO4 tozları elde etmek için karbon kaynağı olarak sakroz kullanılmıştır. %12 karbon içerikli LiFePO4/C numunesinin deşarj kapasitesi 0,1 C akım hızında 157 mAh/g ve 5 C hızında 88 mAh/g olarak elde edilmiştir. Ayrıca, 50 döngü boyunca değişen akım hızlarında elektrotlar mükemmel döngü performansı göstermiştir. Karbon kaplı LiFePO4'ün kapasitesini arttırmak için katot malzemesine farklı miktarlarda grafen ile takviye edilmiştir. Ağırlıkça %4 grafenli karbon kaplanmış lityum demir fosfat, 197 mAh/g'lik bir spesifik kapasite göstermiştir. Karbon kaplı lityum demir fosfatın etrafına sarılmış son derece iletken grafen pulları, şarj ve deşarj işlemleri sırasında elektron göçünü hızlandırmış ve ilk döngü sırasında tersinmez kapasiteyi azaltmış ve farklı C-hızlarında %99'luk bir kulombik verim sergilemiştir.

The development of new electrode materials with superior electrochemical capabilities, primarily dictated by the cathode materials, is required for widespread and extended applications of Li-ion secondary batteries. Because of its excellent stability, availability, and environmental friendliness, LiFePO4 (LFP) is widely recognized as a viable cathode material. This study used a low-cost iron (III) as the base material to manufacture single-phase LFP material with submicron particles using a simple solution combustion process based on the glycine–nitrate technique. The optimal Glycine to LiFePO4 ratio was found to be as 1:4 to produce high purity LiFePO4 and produced LiFePO4 showed 102 mAh/g discharge capacity at the constant rate of C/20. Sucrose was utilized as a carbon source to obtain carbon-coated LiFePO4 powders. The discharge capacity of the as-prepared LiFePO4/C sample with 12% carbon content is around 157 mAh/g at a 0.1 C rate and 88 mAh/g at a 5 C rate. Furthermore, throughout the 50-cycle at varying current rates, the electrodes showed excellent cycling performance. To enhance the capacity of carbon-coated LiFePO4, different amount of Graphene was reinforced to the cathode material. The carbon-coated lithium iron phosphate with 4 wt.% graphene showed a specific capacity of 197 mAh/g. The highly conductive graphene flakes wrapped around carbon-coated lithium iron phosphate enhance electron migration during charge and discharge operations, decreasing irreversible capacity during the first cycle and resulting in a coulombic efficiency of 99% at varied C-rates.