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Dynamic phase transition behavior of a LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) olivine cathode material for lithium-ion batteries revealed through in-situ X-ray techniques

引用

Journal of Energy Chemistry 2022年第8期31卷 452-459,I0012页

作者： Sujeera Pleuksachat Phongsit Krabao Sarawut Pongha Viyada Harnchana pawinee klangtakai Wanwisa Limphirat Siriwat Soontaranon Jeffrey Nash Nonglak Meethong Department of Physics Faculty of ScienceKhon Kaen UniversityKhon Kaen 40002Thailand Institute of Nanomaterials Research and Innovation for Energy(IN-RIE) Research Network of NANOTEC-KKU(RNN)Khon Kaen UniversityKhon Kaen 40002Thailand Synchrotron Light Research Institute(SLRI) Nakhon Ratchasima 30000Thailand

LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) has attracted great interest due to its good electrochemical performance and higher operating voltages.This has led to a greater than 30 percent higher energy density than for commercial Li Fe PO4 olivine cathodes.Understanding the phase transition behaviors and kinetics of this material will help researchers to design and develop next generation cathodes for Li-ion batteries.In this study,we investigated non-equilibrium phase transition behaviors in a LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) cathode material during charge–discharge processes by varying current rates(C-rates)using synchrotron in-situ X-ray techniques.These methods included wide angle X-ray scattering(in-situ WAXS)and X-ray absorption spectroscopy(in-situ XAS).The WAXS spectra indicate that the phase transition of LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) material at slow C-rates is induced by a two-phase reaction.In contrast,at a high C-rate(5 C),the formation of an intermediate phase upon discharge is clearly observed.Concurrently,the oxidation numbers of the redox reactions of Fe^(2+)/Fe^(3+)and Mn^(2+)/Mn^(3+)were evaluated using in-situ XAS.This combination of synchrotron in-situ X-ray techniques gives clear insights into the non-equilibrium phase transition behavior of a LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) cathode material.This new understanding will be useful for further developments of this highly promising cathode material for practical commercialization.

关键词： LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4) Phase transition In-situ X-ray techniques

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