在掺铁的Li3V2(PO4)3–Li3PO4/C复合正极中，锂的储存性能得到了提升

《Journal of Endodontics》：Enhanced lithium storage in Fe-doped Li 3V 2(PO 4) 3–Li 3PO 4/C composite cathodes

碳涂层低铁掺杂Li3V2(PO4)3–Li3PO4复合正极材料通过简便的氢热辅助溶胶-凝胶法制备于750℃烧结，结构稳定，循环性能优异。全/半电池测试显示初始容量124.3/73.5 mAh g-1，200/85次循环后容量保持率97.3%/81.9%。碳涂层提升导电性，Li3PO4抑制电解质分解，Fe掺杂引入晶格缺陷增强电子传导。

　　这项研究聚焦于开发一种新型的锂离子电池（LIB）正极材料，该材料以碳包覆的Li?V?(PO?)?–Li?PO?（LVP/LP/C）复合结构为基础，并引入了少量的Fe掺杂（LVFP/LP/C）。通过一种简便的水热辅助溶胶-凝胶法，研究团队在相对较低的烧结温度（750°C）下成功制备了这种材料。这种方法不仅降低了能耗和生产成本，还使整个过程更加环保和经济可行。

在材料制备过程中，柠檬酸被用作碳源和螯合剂，这一选择对于控制碳包覆的厚度和均匀性至关重要。同时，这种水热辅助溶胶-凝胶法能够有效减少材料的结晶度，使碳包覆层更加致密，从而增强材料的导电性。此外，Fe的掺杂被引入到LVP的晶格中，以提高其结构的不均匀性，进一步增强电子导电性。这种结构和成分的优化使得材料在电化学性能上表现出显著的提升。

为了评估这种材料的性能，研究团队采用了一系列表征技术，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）以及热重分析（TGA）。这些技术不仅能够确认材料的晶体结构和形貌特征，还能够分析其表面化学组成和热稳定性。通过这些表征手段，研究团队发现所制备的材料具有良好的结构和表面特性，这为后续的电化学性能测试奠定了基础。

在电化学性能测试中，研究团队首先在半电池系统中评估了该材料的性能。测试结果表明，这种材料在初始放电容量方面表现出色，达到了124.3 mAh g?1。此外，在200次循环后，其容量保持率仍高达97.3%，这说明该材料具有优异的循环稳定性。这一性能的提升主要归功于Fe掺杂和LP表面包覆的协同作用，它们共同增强了材料的导电性和结构稳定性，从而提高了其电化学性能。

为了进一步验证该材料在实际应用中的潜力，研究团队还测试了其在全电池系统中的表现。全电池系统采用LVFP/LP/C作为正极，石墨作为负极。测试结果表明，这种全电池在85次循环后仍能保持约81.9%的容量，同时表现出出色的倍率性能。这一结果表明，该材料不仅适用于半电池系统，还能够在全电池系统中发挥重要作用，满足高能量密度电池的需求。

材料的性能提升主要得益于其结构和成分的优化。碳包覆层的引入显著提高了材料的导电性，同时减少了活性材料与电解液之间的副反应，提高了电池的安全性。Li?PO?的表面包覆则通过消耗表面锂残余物，缓解了电解液的腐蚀，同时促进了锂离子的扩散。这些因素共同作用，使得材料在电化学性能上表现出色。此外，Fe的掺杂通过引入晶格缺陷，提高了材料的电子导电性，从而进一步提升了其整体性能。

为了更深入地了解材料的结构和成分对性能的影响，研究团队还进行了详细的表征分析。XRD分析显示，所制备的材料具有稳定的单斜晶系结构，且未检测到任何杂质相，这表明材料的合成过程控制得非常好。FTIR和拉曼光谱分析进一步确认了材料的化学组成和结构特性，显示出其表面包覆层的均匀性和稳定性。SEM图像则揭示了材料的微观形貌，显示出其良好的颗粒分布和表面结构。XPS分析则提供了材料表面化学组成的信息，显示出其表面锂离子的分布和化学状态的变化。

热重分析（TGA）结果表明，材料在高温下表现出良好的热稳定性，这为其在实际应用中的安全性提供了保障。这些表征结果不仅验证了材料的结构和成分，还为其在实际应用中的性能提供了理论支持。通过这些分析，研究团队能够全面了解材料的性能特征，为后续的优化和应用提供指导。

在实际应用中，这种材料具有广泛的前景。其高初始放电容量和优异的循环稳定性使其成为高能量密度电池的理想选择。同时，其出色的倍率性能表明，该材料能够在高电流密度下保持良好的电化学性能，这在电动汽车和可穿戴电子设备等应用中尤为重要。此外，材料的低成本和良好的热稳定性也使其在大规模生产中具有优势。

为了进一步探索这种材料的性能，研究团队还进行了不同的实验条件测试。例如，在不同的电压窗口下测试了材料的电化学性能，结果显示其在3.0–4.3 V的电压范围内表现优异。这一电压窗口的选择使得材料能够充分利用其高工作电压的优势，从而提高电池的能量密度。此外，研究团队还测试了材料在不同温度下的性能，结果显示其在室温下表现最佳，这表明该材料具有良好的环境适应性。

这些研究结果表明，通过表面修饰和金属掺杂，可以显著提升锂离子电池正极材料的性能。这种材料不仅具有优异的电化学性能，还能够满足高能量密度电池的需求。因此，这种材料有望成为下一代锂离子电池正极材料的重要候选之一。

为了确保材料的性能能够得到充分验证，研究团队还进行了详细的实验设计和数据分析。例如，在不同的测试条件下，研究团队比较了材料的性能变化，以确定最佳的合成参数和测试条件。这些实验设计不仅能够全面评估材料的性能，还能够为后续的优化和应用提供指导。通过这些实验，研究团队能够深入理解材料的性能特征，从而为其在实际应用中的表现提供理论支持。

此外，研究团队还关注了材料的制备过程和环保性。由于采用的水热辅助溶胶-凝胶法能够在较低的烧结温度下完成材料的合成，这不仅降低了能耗，还减少了生产过程中的环境污染。这种环保性的提升使得该材料在实际应用中更具优势，符合当前可持续发展的趋势。

综上所述，这项研究成功开发了一种新型的锂离子电池正极材料，该材料以碳包覆的LVP/LP/C复合结构为基础，并引入了少量的Fe掺杂。通过优化合成参数和测试条件，研究团队实现了材料的高初始放电容量和优异的循环稳定性。这些性能的提升不仅为高能量密度电池的发展提供了新的思路，还为材料的制备和应用提供了重要的理论支持和实践指导。