Structure and Electrochemical Characteristics of LiFePO4 as Cathode Material for Lithium-Ion Batteries

• Published in: Latvian journal of physics and technical sciences Vol. 48; no. 2; pp. 27 - 31
• Main Authors: Smits, J., Kucinskis, G., Bajars, G., Kleperis, J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Riga Versita 01.01.2011; De Gruyter Poland
• Subjects: electrochemical properties; lithium iron phosphate; lithium-ion batteries; thin films
• ISSN: 0868-8257; 2199-6156
• DOI: 10.2478/v10047-011-0012-y

To prepare cathode material for lithium batteries, LiFePO4 powder was sputtered using an RF magnetron. Thin LiFePO4 films were obtained on different ~1000 nm thick substrates. The compositional and morphological examination of these films by SEM has shown that on a silicon substrate the annealed nano-crystalline thin film of LiFePO4 material condenses in larger monocrystals (with thin film disappearance), while such a film on the stainless steel substrate coalesces in a uniform nano-structured layer after annealing. As shown by the energy-dispersive X-ray analysis, the annealed film consists of phosphorus, iron, and oxygen in the ratio corresponding to the stoichiometric LiFePO4. Cyclic voltammograms of the LiFePO4 thin layer were obtained with typical red-ox reaction peaks characterizing the electrochemical lithium insertion/extraction reactions in LiFePO4. The obtained thin films have a relatively high charge capacity of 127 mAh g-1. LiFePO4 pulveris tika uzputināts, izmantojot RF magnetrona izputināšanas metodi. Plānās LiFePO4 kārtiņas tika iegūtas uz dažādiem substrātiem ar biezumu līdz 1000 nm. Sastāva un morfolologijas analīze ar SEM parādīja, ka nanokristāliskajā LiFePO4 plānajā kārtiņā, kas uzputināta uz silīcija pamatnes, LiFePO4 veido lielākus monokristālus, tādā veidā izjaucot plāno kārtiņu homogenitāti, savukārt uz nerūsējošā tērauda uznestā LiFePO4 kārtiņa pēc kristalizēšanas veido viendabīgu nanostrukturētu slāni. Rentgenstaru ierosinātās fluorescences spektroskopiskā analīze kristalizētajā slānī uzrādīja fosforu, dzelzi un skābekli attiecībās, kādas pastāv stehiometriskā LiFePO4. Cikliskās voltamperometrijas līknes pēc uzputināšanas izkarsētām kārtiņām uzrādīja red-oks maksimumus, kas raksturo elektroķīmiskās litija jonu interkalācijas un ekstrakalācijas reakcijas LiFePO4. Iegūtās LiFePO4 plānās kārtiņas ir ar relatīvi augstu lādiņietilpību - 127 mAh·g-1.