Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2020)
Preparation of lithium iron phosphate composites by electrodeposition with a tunnel structure on aluminium foil surface
Abstract
In this paper, aluminium foil with a tunnel structure was used as a cathode to prepare a lithium iron phosphate composite by electrochemical deposition using propylene carbonate as the electrolyte solvent, and lithium nitrate, ferric nitrate and phosphoric acid as raw materials. The results show that the positive electrode composite is composed of a mixture of an olivine structured LiFePO4 and polyanion Li9Al3P8O29. The chemical composition of the mixture is related to the voltage of the electrochemical deposition and the acidity of the electrolyte solution. For a voltage of 1.8 V and pH of 1.0, the composite material deposited in the tunnel of the aluminium foil takes the form of a one-dimensional nanotube, with a particle size ranging from 80 nm to100 nm. The composite material is closely combined with the aluminium foil. The aluminium foil can be directly used as a positive current collector, with a lithium sheet as the negative electrode. After mounting into a battery, an electrochemical performance test is performed. The battery test results show an initial discharge capacity of 95 mAh/g, 79 mAh/g and 59 mAh/g at 0.1 C, 0.2 C and 0.5 C, respectively. After the material is doped with magnesium and cobalt, the initial discharge capacity of the battery is 100 mAh/g and 130 mAh/g, respectively, at a rate of 0.1 C. The cyclic voltammetry analysis of the battery show that after electrochemical deposition of the element, the symmetry between the oxidation and reduction peaks is increased, and the difference between the oxidation and reduction peak potentials is reduced. Element doping improves battery cycle performance. The AC impedance analysis show that the embedding impedance for lithium ions at the SEI interface is reduced from 300 Ω to 250 Ω, 100 Ω after doping with magnesium, and cobalt. And the reaction mechanism of electrochemical deposition is discussed. Resumen: En este trabajo se usó papel de aluminio con una estructura de poro túnel como cátodo para preparar un compuesto de matriz de aluminio de fosfato de hierro y litio por deposición electroquímica usando carbonato de propileno como disolvente electrolítico, y nitrato de litio, nitrato férrico y ácido fosfórico como materias primas. Los resultados muestran que el compuesto de electrodo positivo está compuesto por una mezcla de LiFePO4 estructurado de olivino y polianión Li9Al3P8O29. La composición química de la mezcla está relacionada con el voltaje de la deposición electroquímica y la acidez de la solución electrolítica. Para un voltaje de 1,8 V y un pH de 1,0, el material compuesto depositado en el agujero del túnel del papel de aluminio toma la forma de un nanotubo unidimensional, con un tamaño de partícula que varía de 80-100 nm. El material compuesto se combina estrechamente con el papel de aluminio. El papel de aluminio se puede usar directamente como un colector de corriente positiva, con una lámina de litio como electrodo negativo. Después de montar en una batería, se realizó una prueba de rendimiento electroquímico. Los resultados de la prueba de batería muestran una capacidad de descarga inicial de 95, 79 y 59 mAh/g en condiciones de 0,1, 0,2 y 0,5 °C, respectivamente. Después de dopar el material con magnesio y cobalto, la capacidad de descarga inicial de la batería fue de 100 y 130 mAh/g, respectivamente, a una velocidad de 0,1 °C. Los resultados del análisis de voltamperometría cíclica de la batería muestran que después de la electroquímica Deposición del elemento, se aumenta la simetría entre los picos de oxidación y reducción, y se reduce la diferencia entre los potenciales de pico de oxidación y reducción. El dopaje de elementos mejora el rendimiento del ciclo de la batería. Los resultados del análisis de impedancia de CA muestran que la impedancia de incrustación para iones de litio en la interfaz SEI se reduce de 300 a 250 y 100 Ω después de dopaje con magnesio y cobalto. Este artículo analiza y discute el mecanismo de reacción para los compuestos de deposición electroquímica.
