基于開爾文探針技術(shù)的磷酸鐵鋰表面勢(shì)研究

楊文宇，林志雅，付 紅，顏文悅，林建平，關(guān)貴清

（寧德師范學(xué)院數(shù)理學(xué)院，福建寧德 352100）

作為重要的鋰離子電池正極材料，磷酸鐵鋰（LiFePO4）因其優(yōu)異的安全性以及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命而備受業(yè)界青睞，并已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1-2］。然而，LiFePO4固有的低本征電子導(dǎo)電率和遲緩的離子擴(kuò)散速率較大影響了其在高功率器件上的進(jìn)一步運(yùn)用［3-4］。采取一系列改良方式可有效改善LiFePO4的電子和離子輸運(yùn)特性，確保LiFePO4的循環(huán)穩(wěn)定性，其中改性方法包含無(wú)定型碳包覆、離子摻雜［5-8］。為了LiFePO4的電化學(xué)性能有更進(jìn)一步的提高，以滿足各種場(chǎng)合對(duì)材料高容量、高功率的要求，亟需深入全面地研究LiFePO4中鋰離子的脫出與嵌入機(jī)理。在關(guān)于LiFePO4動(dòng)力學(xué)研究方面，KOBAYASHI等［9］采用透射電子顯微鏡觀察LiFePO4的（010）晶面的化學(xué)脫鋰情況，當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，脫出的鋰離子會(huì)自發(fā)遷移到LiFePO4（010）晶面附近，展示出鋰離子在（010）方向的遷移自由；MASCARO等［10］基于原子力顯微鏡以及密度泛函理論，發(fā)現(xiàn)由于靜電力的原因在材料相界面附近的鋰離子擴(kuò)散活化能有一定程度的抬高；在近幾年的研究中，LI等［11］運(yùn)用高分辨透射電子顯微鏡在原子尺度探究LiFePO4循環(huán)之后的容量衰減機(jī)制。結(jié)果顯示循環(huán)之后的LiFePO4表面存在含F(xiàn)e3+的無(wú)定型層，該非晶層阻礙了鋰離子的輸運(yùn)，從而致使材料容量衰減；另外，DROZHZHIN等［12］聯(lián)合使用同步輻射X射線衍射與穆斯堡爾譜，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在富鋰磷酸鐵鋰中存在Li-Fe缺陷，而該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)增加了電荷載流子數(shù)，并且降低了材料中鋰離子的擴(kuò)散勢(shì)壘，從而致使富鋰磷酸鐵鋰擁有優(yōu)越的電化學(xué)性能。……