Sự phát triển của pin lithium-ion và những thách thức của LiFePO4 như một vật liệu catot tiềm năng

Journal of Materials Science - Tập 44 - Trang 2435-2443 - 2009
Zhihua Li1, Duanming Zhang1, Fengxia Yang1
1School of Physics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China

Tóm tắt

Bài báo tóm tắt sự phát triển và xu hướng phát triển của pin lithium-ion (LIB) với hai xu hướng chính được đề xuất gồm là pin vi mô mỏng rắn và LIB sạc lại thể rắn quy mô lớn. Đồng thời, vấn đề chi phí và an toàn là những hạn chế chính trong việc cải thiện các LIB tiên tiến với hiệu suất điện hóa tuyệt vời. Tiếp theo, một trong những vật liệu catot hứa hẹn nhất, LiFePO4, được giới thiệu chi tiết. Những ưu điểm và nhược điểm của LiFePO4 với vai trò là vật liệu hoạt động của catot được phân tích, sau đó, các phương pháp chính để vượt qua những nhược điểm của nó được nhiều nhóm đề xuất cũng được tóm tắt. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu về cơ chế của vật liệu catot này hiện nay và những vấn đề thách thức đang chờ giải quyết trước khi LiFePO4 có thể được thương mại hóa cũng được thảo luận trong bài đánh giá này.

Từ khóa

#pin lithium-ion #vật liệu catot #LiFePO4 #hiệu suất điện hóa #thương mại hóa

Tài liệu tham khảo

Bruno S, Stefania P, Priscilla R, Daniela S, Yuichi A (2002) J Power Sour 105:161 Tarason JM, Armand M (2001) Nature 414(15):359 Ritchie AG (2004) J Power Sour 136:285 Nishi Y (2001) J Power Sour 100:101 Tang SB, Xia H, Lai MO, Lu L (2006) J Power Sour 159:685 Wang GX, Lindsay MJ, Ionescu M, Bradhusrst DH, Dou SX, Liu HK (2001) J Power Sour 97–98:298 Schwenzel J, Thangadurai V, Weppner W (2006) J Power Sour 154:232 Ritchie A, Howard W (2006) J Power Sour 162:809 Cousseau JF, Siret C, Siret C, Biensan P, Broussely M (2006) J Power Sour 162:790 Iriyama Y, Inaba M, Abe T, Ogumi Z (2001) J Power Sour 94:175 Xia Y, Yoshio M, Noguchi H (2006) Electrochim Acta 52:240–245 Arai J, Yamaki T, Yamauchi S, Yuasa T, Maeshima T, Sakai T, Koseki M, Horiba T (2005) J Power Sour 146:788 Weinstock IB (2002) J Power Sour 110:471 Xie H-M, Wang R-S, Ying J-R, Zhang L-Y, Jalbout AF, Yu H-Y, Yang G-L, Pan X-M, Su Z-M (2006) Adv Mater 18:2609 Striebel K, Shim J, Sierra A, Yang H, Song X, Kostecki R, Mc Carthy K (2005) J Power Sour 146:33 Ohta N, Takada K, Osada M, Zhang L, Sasaki T, Watanabe M (2005) J Power Sour 146:707 Ramana CV, Zaghib K, Julien CM (2006) J Power Sour 159:1310 Chen J, Whittingham MS (2006) Electrochem Commun 8:855 Ohzuku T, Kitagawa M, Hirai T (1990) J Electrochem Soc 137:769 Park SH, Ahn HS, Park GJ, Kim J, Lee YS (2008) Mater Chem Phys 112:696 Brown S, Ogawa K, Kumeuchi Y, Enomoto S, Uno M, Saito H, Sone Y, Abraham D, Lindbergh G (2008) J Power Sour 185:1454 Liu D, Liu X (2006) Sci Technol Chem Ind 14(3):58 Inaba M, Doi T, Iriyama Y, Abe T, Ogumi Z (1999) J Power Sour 81–82:554 Yuan YF, Wu HM, Guo SY, Wu JB, Yang JL, Wang XL, Tu JP (2008) Appl Surf Sci 255:2225 Thirunakaran R, Sivashanmugam A, Gopukumar S, Dunnill CharlesW, Gregory DH (2008) J Mater Process Technol 208:520 Li JG, He XM, Zhao RS (2007) Trans Nonferrous Met Soc Chin 17:1324 Wu XM, Chen S, He ZQ, Xiao ZB, Ma MY, Liu JB (2008) Ceram Int 34:1387 Lu W, Belharouak I, Liu J, Amine K (2007) J Power Sour 174:673 Dziembaj R, Molende M (2003) J Power Sour 119–121:121 Tsuji T, Tatsuyama Y, Tsuji M, Ishida K, Okada S, Yamaki J (2007) Mater Lett 61(10):2062 Nam KT, Kim D-W, Yoo PJ, Chiang C-Y, Meethong N, Hammond PT, Chiang Y-M, Belcher AM (2006) Sci Express 312(5775):885 Luo J, Cheng L, Xia Y (2007) Electrochem Commun 9:1404 Oh S-W, Park S-H, Kim J-H, Bae YC, Sun Y-K (2006) J Power Sour 157:464 Du G, Nuli Y, Yang J, Wang J (2008) Mater Res Bull 43:3607 Padhi AK, Nanjundaswamy KS, Goodenough JB (1997) J Electrochem Soc 144(4):1188 Delacourt C, Laffont L, Bouchet R, Wurm C, Leriche JB, Morcrette M, Tarascon JM, Masquelier C (2005) J Electrochem Soc 152(5):A913 Franger S, Benoit C, Bourbon C, Le Cras F (2006) J Phys Chem Solid 67:1338 Kim D-H, Kim J (2006) Electrochem Solid-State Lett 9(9):A439 Yamada A, Hosoya M, Chung S-C, Kudo Y, Hinokuma K, Liu K-Y, Nishi Y (2003) J Power Sour 119–121:232 Yun NJ, Ha H-W, Jeong KH, Park H-Y, Kim K (2006) J Power Sour 160:1361 Hannoyer B, Prince AAM, Jean M, Liu RS, Wang GX (2006) Hyperfine Interact 167:767 Yada C, Iriyama Y, Jeong S-K, Abe T, Inaba M, Ogumi Z (2005) J Power Sour 146:559 Huang H, Yi SC, Nazar LF (2001) Electrochem Solid-State Lett 4(10):A170 Yamada A, koizumi H, Nishimura S-I, Sonoyama N, Kanno R, Yonemura M, Nakamura T, Kobayashi Y (2006) Nature 5:356 Nakamura T, Miwa Y, Tabuchi M, Yamada Y (2006) J Electrochem Soc 153(6):A1108 Yang M, Teng T-H, Wu S-H (2006) J Power Sour 159:307 Xia H, Lu L, Ceder G (2006) J Power Sour 159:1422 Zhuang D, Zhao X, Xie J, Tu J, Zhu T, Cao G (2006) Acta Phys Chem 22(7):840 Zhu B, Li X, Wang Z, Guo H (2006) Mater Chem Phys 98:373 Meligrana G, Gerbaldi C, Tuel A, Bodoardo S, Penazzi N (2006) J Power Sour 160:516 Chen J, Vacchio MJ, Wang S, Chernova N, Zavalij PY, Whittingham MS (2008) Solid State Ionics 178:1676 Shin HC, Cho WI, Jang H (2006) J Power Sour 159:1383 Song S-W, Reade RP, Kostecki R, Striebel KA (2006) J Electrochem Soc 153(1):A12 Sauvage F, Baudrin E, Morcrette M, Tarascon JM (2004) Electrochem Solid-State Lett 7(1):A15 Iriyama Y, Yokoyama M, Yada C, Jeong S-K, Yamada I, Abe T, Inaba M, Ogumi Z (2004) Electrochem Solid-State Lett 7(10):A340 Wang Y, Wang J, Yang J, Nuli Y (2006) Adv Func Mater 16:2135 Wang D, Li H, Wang Z, Wu X, Sun Y, Huang X, Chen L (2004) J Solid State Chem 177:4582 Higuchi M, Katayama K, Azuma Y, Yukawa M, Suhara M (2003) J Power Sour 119–121:258 Vadivel Murugan A, Muraliganth T, Manthiram A (2008) Electrochem Commun 10:903 Wang L, Huang Y, Jiang R, Jia D (2007) Electrochim Acta 52:6778 AIT-Salan A, Zaghib K, Mauger A, Gendron F, Julien CM (2006) Phys Stat Sol (a) 203(1):R1 Huang Y-H, Park K-S, Goodenough JB (2006) J Electrochem Soc 153(12):A2282 Thorat IV, Mathur V, Harb JN, Wheeler DR (2006) J Power Sour 162:673 Li W, Gao J, Ying J, Wan C, Jiang C (2006) J Electrochem Soc 153(9):F194 Liu H, Fu LJ, Zhang HP, Gao J, Li C, Wu YP, Wu HQ (2006) Electrochem Solid-State Lett 9(12):A529 Lee J, Teja AS (2006) Mater Lett 60:2105 Croce F, D’Epifanio A, Hassoun J, Deptula A, Olczac T, Scrosati B (2002) Electrochem Solid-State Lett 5:A47 Ravet N, Chourinard Y, Magnan JF, Besner S, Gauthier M, Armand M (2001) J Power Sour 97–98:503 Liu H, Li C, Zhang HP, Fu LJ, Wu YP, Wu HQ (2006) J Power Sour 159:717 Odani A, Nimberger A, Markovsky B, Sominski E, Levi E, Kumar VG, Motiei M, Gedanken A, Dan P, Aurbach D (2003) J Power Sour 119–121:517 Sauvage F, Baudrin E, Gengembre L, Tarascon JM (2005) Solid State Ionics 176:1869 Chung S-Y, Bloking J, Chiang Y-M (2002) Nat Mater 1:123 Lemos V, Guerini S, Mendes Filho J, Lala SM, Montoro LA, Rosolen JM (2006) Solid State Ionics 177:1021 Delacourt C, Wurm C, Laffont L, Leriche J-B, Masquelier C (2006) Solid State Ionics 177:333 Wu H-C, Su C-Y, Shieh D-T, Yang M-H, Wu N-L (2006) Electrochem Solid-State Lett 9(12):A537 Striebel KA, Shim J, Cairns EJ, Kostecki R, Lee Y-J, Reimer J, Richardson TJ, Ross PN, Song X, Zhuang GV (2004) J Electrochem Soc 151(6):A857 Delacourt C, Poizot P, Tarascon J-M, Masquelier C (2005) Nat Mater 4:254 Srinivasan V, Newman J (2006) Electrochem Solid-State Lett 9(3):A110 Srinivasan V, Newman J (2004) J Electrochem Soc 151(10):A1517 Dodd JL, Yazami R, Fultz B (2006) Electrochem Solid-State Lett 9(3):A151 Yamada A, Koizumi H, Sonoyama N, Kanno R (2005) Electrochem Solid-State Lett 8(8):A409 Delmas C, Maccario M, Croguennec L, Le Cras F, Weill F (2008) Nat Mater 7:665 Laffont L, Wu MY, Chevallier F, Poizot P, Morcrette M, Tarascon JM (2005) Micron 37(5):459 Gibot P, Cabanas MC, Laffont L, Levasseur S, Carlach P, Hamelet S, Tarascon JM, Massquelier C (2008) Nat Mater 7:741 Ait-Salaha A, Doddb J, Maugerc A, Yazamib R, Gendrona F, Juliena CM (2006) Z Anorg Allg Chem 632:1598 Ouyang C, Shi S, Wang Z, Huang X, Chen L (2004) Phys Rev B 69:104303 Morgan D, Van der Ven A, Ceder G (2004) Electrochem Solid-State Lett 7(2):A30 Zhou F, Kang K, Maxisch T, Ceder G, Morgan D (2004) Solid State Commun 132(3–4):181 Nishimura SI, Kobayashi G, Ohoyama K, Kanno R, Yashima M, Yamada A (2008) Nat Mater 7:707 Chang H-H, Chang C-C, Wu H-C, Guo Z-Z, Yang M-H, Chiang Y-P, Sheu H-S, Wu N-L (2006) J Power Sour 158:550 Amin R, Maier J, Balaya P, Chen DP, Lin CT (2008) Solid State Ionics 179:1683