注册 English

LiFePO4电化学反应机理、制备及改性研究新进展

张英杰 ,  朱子翼 ,  董鹏 ,  邱振平 ,  梁慧新 ,  李雪

downloadPDF
引用本文: 张英杰,  朱子翼,  董鹏,  邱振平,  梁慧新,  李雪. LiFePO4电化学反应机理、制备及改性研究新进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(6): 1085-1107. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704114 shu
Citation:  ZHANG Ying-Jie,  ZHU Zi-Yi,  DONG Peng,  QIU Zhen-Ping,  LIANG Hui-Xin,  LI Xue. New Research Progress of the Electrochemical Reaction Mechanism, Preparation and Modification for LiFePO4[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(6): 1085-1107. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704114 shu

LiFePO4电化学反应机理、制备及改性研究新进展

  • 昆明理工大学, 锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室, 云南省先进电池材料重点实验室(筹), 昆明 650000

  • 基金项目:

    国家自然科学基金（51604132）资助项目

摘要: 作为用于可持续能源的有效能量存储装置，锂离子电池因具有优异的电化学性能而得到广泛研究，是非常有发展潜力的储能电池体系，其技术发展及应用的关键在于电极材料的研发。LiFePO4作为锂离子电池正极材料之一，具有循环寿命长、能量密度大、充放电平稳、热稳定性良好、安全性好、重量轻和低毒性等优点，备受国内外专家的专注。然而，LiFePO4正极材料的研究还存在一些技术瓶颈，由于其存在电导率相对较低、锂离子扩散系数小以及振实密度不高等问题，导致循环性能、低温特性和高倍率充放电性能等并不理想，因而制约着它的应用和发展。近几年研究工作者通过改进制备工艺以及进行相关改性研究，旨在逐步解决上述问题。本文简要综述了LiFePO4正极材料的最新研究成果，就其结构特征、电化学反应机理、制备方法和改性进行了系统介绍。探讨了目前LiFePO4正极材料面临的主要问题及可能的解决策略，并对其未来的研究方向和应用前景进行了展望。

English

    1. [1]

      (1) Padhi, A. K.; Nanjundaswamy, K. S.; Goodenough, J. B.J. Electrochem. Soc. 1997, 144 (4), 1188. doi: 10.1149/1.1837571

    2. [2]

      (2) Padhi, A. K.; Nanjundaswamy, K. S.; Masquelier, C.; Okada, S.; Goodenough, J. B. J. Electrochem. Soc. 1997, 144 (5), 1609. doi: 10.1149/1.1837649

    3. [3]

      (3) Bi, Z. Y.; Zhang, X. D.; He, W.; Min, D. D.; Zhang, W. S. RSC Adv. 2013, 3 (43), 19744. doi: 10.1039/C3RA42601G

    4. [4]

      (4) Dimesso, L.; Förster, C.; Jaegermann, W.; Khanderi, J. P.; Tempel, H.; Popp, A.; Engstler, J.; Schneider, J. J.; Sarapulova, A.; Mikhailova, D.; Schmitt, L. A.; Oswaldc, S.; Ehrenbergd, H. Chem. Soc. Rev. 2012, 41 (15), 5068. doi: 10.1039/C2CS15320C

    5. [5]

      (5) Sun, X. F; Xu, Y. L.; Liu, Y. H.; Li, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (12), 2885. [孙孝飞, 徐友龙, 刘养浩, 李璐. 物理化学学报, 2012, 28 (12), 2885.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201209271

    6. [6]

      (6) Zhang, Y.; Huo, Q. Y.; Du, P. P.; Wang, L. Z.; Zhang, A. Q.; Song, Y. H.; Lv, Y.; Li, G. Y. Synth. Met. 2012, 162 (13), 1315. doi: 10.1016/j.synthmet.2012.04.025

    7. [7]

      (7) Lu, L. G.; Han, X. B.; Li, J. Q.; Hua, J. F.; Ouyang, M. G.

    8. [8]

      (8) J. Power Sources 2013, 226 (3), 272. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.060

    9. [9]

      (9) Amin, R.; Balaya, P.; Maier, J. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10 (1), A13. doi: 10.1149/1.2388240

    10. [10]

      (10) Morgan, D.; Ven, A. V. D.; Ceder, G. Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7 (2), A30. doi: 10.1149/1.1633511

    11. [11]

      (11) Chung, S. Y.; Chiang, Y. M. Electrochem. Solid-State Lett. 2003, 6 (12), A278. doi: 10.1149/1.1621289

    12. [12]

      (12) Xu, Y. N.; Chung, S. Y.; Bloking, J. T.; Chiang, Y. M.; Ching, W. Y. Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7 (6), A131. doi: 10.1149/1.1703470

    13. [13]

      (13) Jugović, D.; Uskoković, D. J. Power Sources 2009, 190 (2), 538. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.01.074

    14. [14]

      (14) Andersson, A. S.; Thomas, J. O.; Kalska, B.; Häggström, L.Electrochem. Solid-State Lett. 2000, 3 (2), 66. doi: 10.1149/1.1390960

    15. [15]

      (15) Lv, W. Q.; Niu, Y. H.; Jian, X.; Zhang, K. H. L.; Wang, W.; Zhao, J. Y.; Wang, Z. M.; Yang, W. Q.; He, W. D. Appl. Phys. Lett. 2016, 108 (8), 1188. doi: 10.1063/1.4942849

    16. [16]

      (16) Abdellahi, A.; Akyildiz, O.; Malik, R.; Thorntonc, K.; Ceder, G.J. Mater. Chem. A. 2016, 4 (15), 5436. doi: 10.1039/C5TA10498J

    17. [17]

      (17) Masrour, R.; Hlil, E. K.; Obbade, S.; Rossignol, C. Solid State Ionics 2016, 289, 214. doi: 10.1016/j.ssi.2016.03.016

    18. [18]

      (18) Gong, C. L.; Xue, Z. G.; Wen, S.; Ye, Y. S.; Xie, X. L. J. Power Sources 2016, 318 (30), 93. doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.04.008

    19. [19]

      (19) Bruce, P. G. Chem. Commun. 1997, 19 (19), 1817. doi: 10.1039/A608551B

    20. [20]

      (20) Yuan, L. X; Wang, Z. H.; Zhang, W. X.; Hu, X. L.; Chen, J.Tao.; Huang, Y. H.; Goodenough, J. B. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (2), 269. doi: 10.1039/C0EE00029A

    21. [21]

      (21) Srinivasan, V.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151 (10), A1517. doi: 10.1149/1.1785012

    22. [22]

      (22) Laffont, L.; Delacourt, C.; Gibot, P.; Wu, M. Y.; Kooyman, P.; Masquelier. C.; Tarascon, J. M. Chem. Mater. 2006, 18 (23), 5520. doi: 10.1021/cm0617182

    23. [23]

      (23) Delmas, C.; Maccario, M.; Croguennec, L.; Cras, F. L.; Weill, F. Nat. Mater. 2008, 7 (8), 665. doi: 10.1038/nmat2230

    24. [24]

      (24) Liu, H.; Strobridge, F. C.; Borkiewicz, O. J.; Wiaderek, K. M.; Chapman, K. W.; Chupas, P. J.; Grey, C. P. Science 2014, 344 (6191), 1252817. doi: 10.1126/science.1252817

    25. [25]

      (25) Gu, L.; Zhu, C. B.; Li, H.; Yu, Y.; Li, C. L.; Tsukimoto, S.; Maier, J.; Ikuhara, Y. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (13), 4661. doi: 10.1021/ja109412x

    26. [26]

      (26) Liu, X. S.; Liu, J.; Qiao, R. M.; Yu, Y.; Li, H.; Suo, L. M.; Hu, Y. S.; Chuang, Y. D.; Shu, G. J.; Chou, F. C.; Weng, T. C.; Nordlund, D.; Sokaras, D.; Wang, Y. J.; Lin, H.; Barbiellini, B.; Bansil, A.; Song, X. Y.; Liu, Z.; Yan, S. S.; Liu, G.; Qiao, S.; Richardson, T. J.; Prendergast, D.; Hussain, Z.; Groot, F. M. F.D.; Yang, W. L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (33), 13708. doi: 10.1021/ja303225e

    27. [27]

      (27) Orikasa, Y.; Maeda, T.; Koyama, Y.; Murayama, H.; Fukuda, K.; Tanida, H.; Arai, H.; Matsubara, E.; Uchimoto, Y.; Ogumi, Z. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (15), 5497. doi: 10.1021/ja312527x

    28. [28]

      (28) Sun, Y.; Lu, X.; Xiao, R. J.; Li, H.; Huang, X. J. Chem. Mater. 2012, 24 (24), 4693. doi: 10.1021/cm3028324

    29. [29]

      (29) Xiao, D. D.; Gu, L. Sci. Sin. Chim. 2014, 3 (44), 295. [肖东东, 谷林. 中国科学: 化学, 2014, 3 (44), 295.] doi: 10.1360/032013-269

    30. [30]

      (30) Cui, Q.; Luo, C. H.; Li, G.; Wang, G. X.; Yan, K. P. Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55 (26), 7069. doi: 10.1021/acs.iecr.6b00023

    31. [31]

      (31) Churikov, A.; Gribov, A.; Bobyl, A.; Kamzin, A.; Terukov, E.Ionics 2014, 20 (1), 1. doi: 10.1007/s11581-013-0948-4

    32. [32]

      (32) Ravet, N.; Gauthier, M.; Zaghib, K.; Goodenough, J. B.; Mauger, A.; Gendron, F.; Julien, C. M. Chem. Mater. 2007, 19 (10), 2595. doi: 10.1021/cm070485r

    33. [33]

      (33) Xiao, Z. W.; Zhang, Y. J.; Hu, G. R. J. Cent. South Univ. 2015, 22 (6), 2043. doi: 10.1007/s11771-015-2727-z

    34. [34]

      (34) Xiao, Z. W.; Zhang, Y. J.; Hu, G. R. J. Cent. South Univ. 2015, 22 (12), 4507. doi: 10.1007/s11771-015-2999-3

    35. [35]

      (35) Xiao, Z.; Zhang, Y. J.; Hu, G. R. J. Appl. Electrochem. 2015, 45 (3), 225. doi: 10.1007/s10800-014-0780-1

    36. [36]

      (36) Weng, S. Y.; Yang, Z. H.; Wang, Q.; Zhang, J.; Zhang, W. X.Ionics 2013, 19 (2), 235. doi: 10.1007/s11581-012-0746-4

    37. [37]

      (37) Hu, Y. M.; Wang, G. H.; Liu, C. Z.; Chou, S. L.; Zhu, M. Y.; Jin, H. M.; Li, W. X.; Li, Y. Ceram. Int. 2016, 42 (9), 11422. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.04.075

    38. [38]

      (38) Dhindsa, K. S.; Kumar, A.; Nazri, G. A.; Naik, V. M.; Garg, V.K.; Oliveira, A. C.; Vaishnava, P. P.; Zhou, Z. X.; Naik, R. J. Solid State Electrochem. 2016, 20 (8), 2275. doi: 10.1007/s10008-016-3239-y

    39. [39]

      (39) Reklaitis, J.; Davidonis, R.; Dindune, A.; Valdniece, D.; Jasulaitienė, V.; Baltrūnas, D. Phys. Status Solidi B 2016, 253 (11), 2283. doi: 10.1002/pssb.201600028

    40. [40]

      (40) Ziolkowska, D. A.; Jasinski, J. B.; Hamankiewicz, B.; Korona, K. P.; Wu, S. H.; Czerwinski. Cryst. Growth Des. 2016, 16 (9), 5006. doi: 10.1021/acs.cgd.6b00575

    41. [41]

      (41) Xu, C. H.; Wang, L.; He, X. M.; Luo, J.; Shang, Y. M.; Wang, J.L. Int. J. Electrochem. Sci. 2016, 11 (2), 1558

    42. [42]

      (42) Zhao, H. C.; Song, Y.; Guo, X. D.; Zhong, B. H.; Dong, J.; Liu, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (10), 2347. [赵浩川, 宋杨, 郭孝东, 钟本和, 董静, 刘恒. 物理化学学报, 2011, 27 (10), 2347.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110905

    43. [43]

      (43) Toprakci, O.; Ji, L. W.; Lin, Z.; Toprakci, H. A. K.; Zhang, X.W. J. Power Sources 2011, 196 (18), 7692. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.04.031

    44. [44]

      (44) Doeff, M. M.; Wilcox, J. D.; Yu, R.; Aumentado, A.; Marcinek, M.; Kostecki, R. J. Solid State Electrochem. 2008, 12 (7), 995. doi: 10.1007/s10008-007-0419-9

    45. [45]

      (45) Wang, M.; Xue, Y. H.; Zhang, K. L.; Zhang, Y. X. Electrochim. Acta 2011, 56 (11), 4294. doi: 10.1016/j.electacta.2011.01.074

    46. [46]

      (46) Akiya, N.; Savage, P. E. Chem. Rev. 2002, 102 (8), 2725. doi: 10.1021/cr000668w

    47. [47]

      (47) Xi, X. L.; Chen, G. L.; Nie, Z. R.; He, S.; Pi, X.; Zhu, X. G.; Zhu, J. J.; Zuo, T. Y. J. Alloy. Compd. 2010, 497 (1), 377. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.03.078

    48. [48]

      (48) Needham, S. A.; Calka, A.; Wang, G.X.; Mosbah, A.; Liu, H, K.Electrochem. Commun. 2006, 8 (3), 434. doi: 10.1016/j.elecom.2005.12.011

    49. [49]

      (49) Gu, N. Y.; Wang, H.; Li, Y.; Ma, H. Y.; He, X. H.; Yang, Z. Y. J. Solid State Electrochem. 2014, 18 (3), 771. doi: 10.1007/s10008-013-2319-5

    50. [50]

      (50) Xu, J.; Chen, G.; Xie, C. D.; Li, X.; Zhou, Y. H. Solid State Commun. 2008, 147 (11), 443. doi: 10.1016/j.ssc.2008.07.013

    51. [51]

      (51) Doan, T. N. L.; Bakenov, Z.; Taniguchi, I. Adv. Powder Technol. 2010, 21 (2), 187. doi: 10.1016/j.apt.2009.10.016

    52. [52]

      (52) Hwang, B. J.; Hsu, K. F.; Hu, S. K.; Cheng, M. Y.; Chou, T. C.; Tsay, S. Y.; Santhanamd, R. J. Power Sources 2009, 194 (1), 515. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.05.006

    53. [53]

      (53) Hu, Y. K.; Ren, J. X.; Wei, Q. L.; Guo, X. D.; Tang, Y.; Zhong, B. H.; Liu, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (1), 75. [胡有坤, 任建新, 魏巧玲, 郭孝东, 唐艳, 钟本和, 刘恒. 物理化学学报, 2014, 30 (1), 75.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311261

    54. [54]

      (54) Palomares, V.; Goñi, A.; Muro, I. G. D.; Meatza, I. D.; Bengoechea, Miguel.; Miguel, O.; Rojoa, T. J. Power Sources 2007, 171 (2), 879. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.161

    55. [55]

      (55) Zhu, C.; Yu, Y.; Gu, L.; Weichert, K.; Maier, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (28), 6278. doi: 10.1002/anie.201005428

    56. [56]

      (56) Shao, D. Q.; Wang, J. X.; Dong, X. T.; Yu, W. S.; Liu, G. X.; Zhang, F. F.; Wang, L. M. J. Mater. Sci. -Mater. Electron. 2014, 25 (2), 1040. doi: 10.1007/s10854-013-1684-2

    57. [57]

      (57) Qiu, Y. J.; Geng, Y. H.; Li, N. N.; Liu, X. L.; Zuo, X. B. Mater. Chem. Phys. 2014, 144 (3), 226. doi: 10.1016/j.matchemphys.2013.12.027

    58. [58]

      (58) Zhang, C. H.; Liang, Y. Z.; Yao, L.; Qiu, Y. P. J. Alloy. Compd. 2015, 627 (8), 91. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.12.067

    59. [59]

      (59) Patil, K. C.; Aruna, S. T.; Ekambaram, S. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 1997, 2 (2), 158. doi: 10.1016/S1359-0286 (97)80060-5

    60. [60]

      (60) Sehrawat, R.; Sil, A. Ionics 2015, 21 (3), 673. doi: 10.1007/s11581-014-1229-6

    61. [61]

      (61) Mohan, E. H.; Siddhartha, V. Aims Mater. Sci. 2014, 1 (4), 191. doi: 10.3934/matersci.2014.4.191

    62. [62]

      (62) Vujković, M.; Jugović, D.; Mitrić, M.; Stojkovic, I.; Cvjetićanin, N.; Mentus, Slavko. Electrochim. Acta 2013, 109 (11), 835. doi: 10.1016/j.electacta.2013.07.219

    63. [63]

      (63) Chu, D. B.; Li, Y.; Song, Q.; Zhou, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (8), 1863. [褚道葆, 李艳, 宋奇, 周莹. 物理化学学报, 2011, 27 (8), 1863.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110807

    64. [64]

      (64) Wu, T.; Ma, X.; Liu, X.; Zeng, G.; Xiao, W. Adv. Funct. Mater. 2016, 30 (2), A70. doi: 10.1179/17535557A15Y.000000011

    65. [65]

      (65) Tang, H.; Xu, J. Mater. Sci. Eng., B 2013, 178 (20), 1503. doi: 10.1016/j.mseb.2013.08.014

    66. [66]

      (66) Li, Y. C.; Geng, G. G.; Hao, J. H.; Zhang, J. M.; Yang, C. C.; Li, B. J. Electrochim. Acta 2015, 186 (20), 157. doi: 10.1016/j.electacta.2015.10.121

    67. [67]

      (67) Teja, A. S.; Eckert, C. A. Ind. Eng. Chem. Res. 2000, 39 (12), 4442. doi: 10.1021/ie000915m

    68. [68]

      (68) Hauthal, W H. Chemosphere 2001, 43 (1), 123. doi: 10.1016/S0045-6535 (00)00332-5

    69. [69]

      (69) Lee, J.; Teja, A. S. Mater. Lett. 2006, 60 (17), 2105. doi: 10.1016/j.matlet.2005.12.083

    70. [70]

      (70) Zhang, Y. J.; Yang, Y. F.; Wang, X. Y.; Li, S. S. Chin. J. Chem. Eng. 2014, 22 (2), 234. doi: 10.1016/S1004-9541 (14)60051-3

    71. [71]

      (71) Rangappa, D.; Sone, K.; Ichihara, M.; Kudo, T.; Honma, I.Chem. Commun. 2010, 46 (40), 7548. doi: 10.1039/c0cc03034a

    72. [72]

      (72) Xie, M.; Zhang, X. X.; Wang, Y. Z.; Deng, S. X.; Wang, H.; Liu, J. B.; Yan, H.; Laakso, J.; Levänen, E. Electrochim. Acta 2013, 94 (4), 16. doi: 10.1016/j.electacta.2013.01.131

    73. [73]

      (73) Xie, M.; Zhang, X. X.; Deng, S. X.; Wang, Y. Z.; Wang, H.; Liu, J. B.; Yan, H.; Laakso, J.; Levänen, E. RSC Adv. 2013, 3 (31), 12786. doi: 10.1039/C3RA41133H

    74. [74]

      (74) Wang, Y. G.; He, P.; Zhou, H. S. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (3), 805. doi: 10.1039/c0ee00176g

    75. [75]

      (75) Zhang, D. Y.; Zhang, P. X.; Lin, M. C.; Liu, K.; Yuan, Q. H.; Xu, Q. M.; Luo, Z. K.; Ren, X. Z. J. Inorg. Mater. 2011, 26 (3), 265. [张冬云, 张培新, 林木崇, 刘琨, 袁秋华, 许启明, 罗仲宽, 任祥忠. 无机材料学报, 2011, 26 (3), 265.] doi: 10.3724/SP.J.1077.2011.00265

    76. [76]

      (76) Ni, J. F.; Zhou, H, H.; Chen, J. T.; Su, G. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20 (6), 582. [倪江锋, 周恒辉, 陈继涛, 苏光耀. 物理化学学报, 2004, 20 (6), 582.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040606

    77. [77]

      (77) Chen, Y.; Wang, Z. L.; Yu, C. Y.; Xia, D. G.; Wu, Z. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24 (8), 1498. [陈宇, 王忠丽, 于春洋, 夏定国, 吴自玉. 物理化学学报, 2008, 24 (8), 1498.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080829

    78. [78]

      (78) Mi, C. H.; Cao, G. S.; Zhao, X. B. Chin. J. Inorg. Chem. 2005, 21 (4), 556. [米常焕, 曹高劭, 赵新兵. 无机化学学报, 2005, 21 (4), 556.] doi: 10.3321/j.issn:1001-4861.2005.04.022

    79. [79]

      (79) Yu, F.; Zhang, J. J.; Yang, Y. F.; Song, G. Z. Chin. J. Inorg. Chem. 2009, 25 (1), 42. [于锋, 张敬杰, 杨岩峰, 宋广智.无机化学学报, 2009, 25 (1), 42.] doi: 10.3321/j.issn:1001-4861.2009.01.008

    80. [80]

      (80) Mi, C. H.; Cao, Y. X.; Zhang, X. G.; Zhao, X. B.; Li, H. L.Powder Technol. 2008, 181 (3), 301. doi: 10.1016/j.powtec.2007.05.017

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  613
  • HTML全文浏览量:  93
文章相关
  • 发布日期:  2017-04-11
  • 收稿日期:  2016-12-11
  • 修回日期:  2017-03-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net