林晓明副教授、孙艳辉教授，Nano Energy：金属-有机框架衍生O,F共掺杂碳包覆LiFePO4用于锂离子电池正极材料- 大数跨境

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林晓明副教授、孙艳辉教授，Nano Energy：金属-有机框架衍生O,F共掺杂碳包覆LiFePO4用于锂离子电池正极材料

科学材料站

2021-11-06

导读：该文章提出了基于金属-有机框架制备O,F共掺杂碳包覆LiFePO4的策略，实验和理论相结合深入研究其储锂性能，有效改善LFP的导电性，加快锂离子扩散动力学。

文章信息

金属-有机框架衍生O,F共掺杂碳包覆LiFePO4用于锂离子电池正极材料

第一作者：林佳

通讯作者：林晓明*

单位：华南师范大学

研究背景

磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）具有平坦的放电电压平台、较高理论比容量（170 mAh g^-1）、较低的成本和较高的稳定性等优点，已成为当前广泛应用的商业化锂离子电池正极材料之一。

然而，其固有的导电性差的缺点导致较差的倍率性能，使得其性能的优化备受关注。常见改善导电性的方法包括：1) 形貌的控制和尺寸纳米化、2) 金属阳离子掺杂和3) 复合导电碳材料（碳纳米管、石墨烯等）。

此外，通过在碳材料中引入杂原子（如 O、S、B、F、Cl 等）可以有效地提供更多的缺陷和活性位点，并提高电子导电性来促进碳基正极材料的电化学性能。因此，合理原位构建杂原子掺杂碳包覆 LFP复合材料被认为是提高LFP电化学性能的有效方法。

文章简介

基于此，来自华南师范大学的林晓明副教授与孙艳辉教授，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Metal-organic framework-derived LiFePO₄ cathode encapsulated in O,F-codoped carbon matrix towards superior lithium storage”的研究论文。

该文章提出了基于金属-有机框架制备O,F共掺杂碳包覆LiFePO₄的策略，实验和理论相结合深入研究其储锂性能，有效改善LFP的导电性，加快锂离子扩散动力学。

图1. MOF衍生的O,F共掺杂碳包覆LiFePO4制备过程示意图。

文章要点

要点一：MOF衍生的O,F共掺杂碳包覆LiFePO4的制备

本文以金属有机骨架(MOF)作为前驱体，成功制备出一种封装在O，F-共掺杂碳基体中的LiFePO₄微颗粒(LFP@OFC)，并将其作为LIBs的正极材料。

要点二：电化学机理分析及密度泛函理论计算

实验研究和理论计算表明，具有O, F-共掺杂的功能多孔碳基质具有更高的吸附能力，加上降低的Li+扩散势垒，可进一步赋予额外的活性中心，从而提高电子导电性和加速扩散通道。

要点三：LFP@OFC的优异电化学性能

得益于上述优点，所制备出的LFP@OFC正极表现出优异的电化学性能，包括卓越的比容量(0.1 C时为169.9 mAh g⁻¹)，优异的倍率性能(即便在16.2 C下仍能保持85.6 mAh g⁻¹)，以及杰出的长期循环稳定性(在1 C下循环500圈的容量为160.9 mAh g⁻¹)。

文章链接

Metal-organic framework-derived LiFePO₄ cathode encapsulated in O,F-codoped carbon matrix towards superior lithium storage

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552100906X

通讯作者简介

林晓明，华南师范大学化学学院副教授，博士生导师

2012年毕业于中山大学获工学博士学位，惠州亿纬锂能股份有限公司–华南理工大学联合培养博士后，中国科学技术大学访问学者。主要研究方向为金属−有机框架(MOFs)及其衍生材料在电化学能源储存和转化上的应用，以第一作者/通讯作者在Electrochem. Energy Rev., Coord. Chem. Rev., Adv. Sci., ACS Nano, Energy Environ. Mater., Small等国际著名学术刊物发表SCI论文60多篇，中文核心期刊论文5篇，参与编著两部，授权中国发明专利17项，主持国家自然科学青年基金、广东省科技计划项目、广州市科技计划项目、广东省研究生教育创新计划等项目。担任《化学与化工研究》编委、潮州市人才驿站专家、广东省材料研究学会青年工作委员会委员，《材料研究与应用》青年编委会副主任编委。

第一作者简介

林佳，现为华南师范大学化学学院博士生

师从孙艳辉教授和林晓明副教授。主要从事金属-有机框架及其衍生物作为电极材料在碱金属离子电池中的应用研究。以第一作者在Coordination Chemistry Reviews, Nano Energy, Advanced Science, ACS Nano, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A等国际权威期刊发表论文。