LFP的电化学性能高度依赖其形貌及颗粒大小。
一般情况下,具有优异电化学性能的LFP复合材料在(010)方向上的长度极短,且其是高度结晶、低缺陷、无团聚、一致性良好的纳米级颗粒。
(010)晶面垂直于Li+的一维扩散通道,而高的(010)面暴露比有利于Li+快速脱嵌,从而提升材料的反应动力学性能。
为使材料的暴露面以(010)晶面为主,则(010)面的表面能需远小于其相邻低能面,如(100)面。
LFP纳米颗粒的形貌在合成制备过程中受多种因素影响,因此需对反应条件进行精确调控。
研究表明,以最少化学键断裂的最低能量终结的(010)表面带负电,这得益于Fe-O键以及Li-O键的断裂以及表面上大量Li空位的形成。
因此,外源阳离子或带正电荷的基团可通过静电作用吸附于(010)晶面上,这为制备LFP时调控其结晶取向提供了一个重要的理论依据。
有研究者以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子表面活性剂调控LFP纳米晶体的生长方向,使其择优取向最终形成(010)晶面取向的LFP纳米棒。
此外,他们引入氨丙基三甲氧基硅烷(APS)作阳离子表面活性剂对LFP纳米颗粒进行表面改性,使LFP纳米颗粒表面带正电;之后引入GO,带负电的GO通过静电作用紧密吸附在带正电的经APS改性的LFP纳米颗粒上。
同时,加入适量的肼作为GO的还原剂,使GO被还原为RGO。
依次通过搅拌、清洗、干燥、高温退火等过程最终得到双碳层包覆的、具有(010)晶面择优取向的LFP纳米复合材料LFPNR@N-C@RGO。
制得的样品表现出卓越的电化学性能,其在5C、10C下的容量分别为155mAh/g、143.7mAh/g。
微米级LiFePO4NR@N-C@RGO材料的示意图(参考)