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Shape matters: The effect of particle morphology on the fast-charging performance of LiFePO4/C nanoparticle composite electrodes

  • For the successful use of lithium-ion batteries in automotive applications, reliable availability of high storage capacity and very short recharging times are essential. In order to develop the perfect battery for a certain application, structure–property relationships of each active material must be fully understood. LiFePO4 is of great interest due to its fast-charging capability and high stability regarding its thermal resistance and chemical reactivity. The anisotropic lithium-ion diffusion through the LiFePO4 crystal structure indicates a strong dependence of the electrochemical performance of a nanostructured active material on particle morphology. In this paper, the relationship of the particle morphology and fast-charging capability of LiFePO4/C core/shell nanoparticles in half-cells was studied. For this purpose, a new multistep synthesis strategy was developed. It involves the combination of a solvothermal synthesis followed by an in situ polymer coating and thermalFor the successful use of lithium-ion batteries in automotive applications, reliable availability of high storage capacity and very short recharging times are essential. In order to develop the perfect battery for a certain application, structure–property relationships of each active material must be fully understood. LiFePO4 is of great interest due to its fast-charging capability and high stability regarding its thermal resistance and chemical reactivity. The anisotropic lithium-ion diffusion through the LiFePO4 crystal structure indicates a strong dependence of the electrochemical performance of a nanostructured active material on particle morphology. In this paper, the relationship of the particle morphology and fast-charging capability of LiFePO4/C core/shell nanoparticles in half-cells was studied. For this purpose, a new multistep synthesis strategy was developed. It involves the combination of a solvothermal synthesis followed by an in situ polymer coating and thermal calcination step. Monodisperse rodlike LiFePO4 nanoparticles with comparable elongation along the b-axis (30–50 nm) and a varying aspect ratio c/a (2.4–6.9) were obtained. A strong correlation of the fast-charging capability with the aspect ratio c/a was observed. When using LiFePO4 nanoparticles with the smallest aspect ratio c/a, the best electrochemical performance was received regarding the specific capacity at high C-rates and the cycling stability. A reduction of the aspect ratio c/a by 30% (3.6 to 2.4) was found to enhance the charge capacity at 10 C up to an order of magnitude (7.4–73 mA h·g–1).zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Julia Seher, M. Fröba
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ACS Omega
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.4 Baustofftechnologie
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Chemical Society
Verlagsort:Washington, DC
Jahrgang/Band:6
Ausgabe/Heft:37
Aufsatznummer:1c03432
Erste Seite:24062
Letzte Seite:24069
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:LiFePO4; Schnellladung
Carbon; Chemical synthesis; Electrochemical cells; Materials; Nanoparticles
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
DOI:10.1021/acsomega.1c03432
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-533004
ISSN:2470-1343
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:20.09.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:08.11.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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