协同V–Ti–F共掺杂策略用于制备高性能且循环寿命长的LiMn0.6Fe0.4PO4正极

《Journal of Materials Chemistry A》：Synergistic V–Ti–F co-doping strategy for high-performance and long-cycling LiMn0.6Fe0.4PO4 cathodes

LiMnFePO4橄榄石阴极通过V-Ti-F共掺杂优化结构稳定性与锂离子传输效率，制备工艺结合草酸盐共沉淀与固态退火，掺杂后Li+扩散路径缩短，氟替代氧增强PO4四面体结构抑制Jahn-Teller效应和反位缺陷，碳涂层中C-F键提升抗HF腐蚀能力，实现1C下153.5 mA h/g初始容量及200次循环稳定性和5C高倍率性能。

　　

LiMn_xFe_1?xPO₄（LMFP）橄榄石正极具有较高的电压平台和成本效益，但存在一些固有的局限性，包括较低的离子导电性、Jahn–Teller畸变、Li/Fe反位缺陷以及过渡金属的溶解。为了解决这些问题，我们提出了一种协同的V–Ti–F共掺杂策略，以增强Li⁺的传输能力和结构稳定性。这些材料是通过草酸辅助的共沉淀法结合固态退火制备的，并系统研究了多组分掺杂与材料结构和电化学性质之间的关系。结构分析表明，V³⁺取代了Mn/Fe位点，而Ti⁴⁺则替代了Li⁺，从而共同缩短了Li⁺的扩散路径。为了减轻阳离子掺杂引起的不稳定性，引入了F^?来部分替代O^2?，增强了PO₄四面体的稳定性，抑制了Li–Fe反位缺陷，并减轻了Jahn–Teller效应。此外，残留的F^?在碳涂层中形成了C–F键，提高了对氢氟酸的耐受性。优化后的正极在1C电流下具有153.5 mA h g^?1的初始容量，并且在200次循环后仅有轻微的容量衰减；即使在5C电流下，其容量仍能达到144.7 mA h g^?1。这项工作展示了一种有效的掺杂策略，用于开发长寿命的LMFP正极，突显了它们在可持续能源存储系统中的潜力。