Preparation and electrochemical properties of homogeneous carbon-coated LiFe0.9Mn0.1PO4 as cathode material for lithium-ion batteries

Abstract

Um material catódico homogêneo contendo LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 recoberto com carbono foi sintetizado através de uma reação de etapa única no estado sólido usando glucose como fonte de carbono. Difratometria de raios X de pó (XRD), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), voltametria cíclica (CV), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e medidas galvanostáticas foram empregadas na caracterização das amostras. A dopagem com manganês e a comodificação com carbono não afetaram a estrutura de olivina do LiFePO 4 , mas melhoraram a sua cinética em termos da quantidade de energia elétrica fornecida, da polarização e da capacidade de manter uma alta capacitância em altas taxas de carga e descarga. Quando comparado com o LiFePO 4 /C não-dopado, o LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 /C apresentou uma boa distribuição de tamanho-em torno de 100-200 nm-e um desempenho eletroquímico melhor. Em taxas de 0,1, 1,0, 3,0 e 10,0 C (C = 170 mA g-1), o eletrodo LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 /C apresentou capacidades de descarga de 154,1, 138,8, 120,0 e 94,0 mA h g-1 , respectivamente. Resultados obtidos por voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) indicaram que a polarização e a resistência de transferência de carga da amostra diminuíram significativamente devido à dopagem com manganês. Homogeneous carbon-coated LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 cathode material was synthesized by one-step solid-state reaction using glucose as carbon source. Powder X-ray diffractometry (XRD), transmission electron microscopy (TEM), cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic measurements were employed to characterize the samples. Mn-doping and carbon co-modification did not affect the olivine structure of LiFePO 4 , but improved its kinetics in terms of capacity delivery, polarization and rate capability. When compared with the undoped LiFePO 4 /C, the LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 /C sample presented good size distribution-around 100-200 nm-and better electrochemical performance. At current rates of 0.1, 1.0, 3.0 and 10.0 C (C = 170 mA g-1), the LiFe 0.9 Mn 0.1 PO 4 /C electrode delivered discharge capacities of 154.1, 138.8, 120.0 and 94.0 mA h g-1 , respectively. Results obtained by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) indicated that the polarization and charge transfer resistance of the sample were greatly decreased by Mn-doping.