DataVXChemistry of MaterialsPaper
journal article·2014-07-22

Synthesis and Electrochemical Performance of the Orthorhombic Li2Fe(SO4)2Polymorph for Li-Ion Batteries

Laura Lander, Marine Reynaud, Gwenaëlle Rousse, Moulay T. Sougrati, Christel Laberty-Robert, Robert J. Messinger, Michaël Deschamps, Jean-Marie Tarascon

Chemistry of Materials· Volume 26· Issue 14
Publisher page
Source abstract

Abstract

To enhance the safety, cost, and energy density of Li-ion batteries, significant research efforts have been devoted to the search for new positive electrode materials that exhibit high redox potentials and are composed of low-cost, earth-abundant elements. Sulfate chemistry has yielded promising results for iron-based polyanionic electrode materials using the Fe III+ /Fe II+ redox couple, including the recent discovery of a monoclinic marinite Li 2 Fe(SO 4 ) 2 phase (3.83 V vs Li + /Li 0 ). Here, we report the ball-milling synthesis and electrochemical properties of a new orthorhombic polymorph of Li 2 Fe(SO 4 ) 2, which reversibly reacts with lithium through a two-step redox process (3.73 and 3.85 V vs Li + /Li 0 ) with an overall sustained capacity of about 90 mAh/g. Using similar synthesis conditions, the cobalt-, zinc-, magnesium-, and nickel-based orthorhombic analogues were also obtained, though no electrochemical activity was observed for these phases. Overall, our results demonstrate that polymorphism can play a crucial role in the search for new battery electrode materials and emphasize the need to understand and master synthetic control.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

Energy storage

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Chemical Synthesis and Characterization

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV), CNRS UMR 7314, 33 Rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France

FRE 3677 Chimie du Solide et de l’Energie, Collège de France, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France

Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), CNRS FR 3459, 80039, Amiens Cedex, France

Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux, et de Cosmochimie (IMPMC), Sorbonne Universités - UPMC Univ Paris 06, UMR CNRS 7590, Muséum National d’Histoire Naturelle, IRD UMR 206, 4 Place Jussieu, F-75005 Paris, France

CIC Energigune, Parque Tecnológico de Álava, C/Albert Einstein 48, 01510 Miñano (Álava), Spain

Institut Charles Gerhardt − Laboratoire des Agrégats, Interfaces et Matériaux pour l’Energie, Université de Montpellier II, CNRS UMR 5253, Place Eugene Batallion, 34095 Montpellier Cedex 5, France

Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris, UPMC-UMR7574, Collège de France, 11 Place Marcelin Berthelot, 75005 Paris Cedex 05, France

CEMHTI, CNRS UPR 3079, Université d’Orléans, 1D Avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France

References (46)

Show source-provided references
1. Padhi A. K. · J. Electrochem. Soc. · 1997 · 144 · 118810.1149/1.1837571 ↗
2. Masquelier C. · Chem. Rev. · 2013 · 113 · 655210.1021/cr3001862 ↗
3. Legagneur V. · Solid State Ionics · 2001 · 139 · 3710.1016/S0167-2738(00)00813-4 ↗
4. Yamada A. · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 358310.1002/adma.201001039 ↗
5. Tao L. · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 206010.1039/C3TA13021E ↗
6. Abouimrane, A.; Ravet, N.; Armand, M.; Nytén, A.; Thomas, J. Presented at the 12th International Meeting on Lithium Batteries, Nara, Japan, June 27–July 2, 2004; Abstract 350.
7. Nytén A. · Electrochem. Commun. · 2005 · 7 · 15610.1016/j.elecom.2004.11.008 ↗
8. Islam M. S. · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 981110.1039/c1jm10312a ↗
9. Sirisopanaporn C. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 133 · 126310.1021/ja109695r ↗
10. Recham N. · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 6810.1038/nmat2590 ↗
11. Barpanda P. · Nat. Mater. · 2011 · 10 · 77210.1038/nmat3093 ↗
12. Ati M. · Electrochem. Commun. · 2011 · 13 · 128010.1016/j.elecom.2011.08.023 ↗
13. Ati M. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1838010.1021/ja3074402 ↗
14. Rousse G. · Chem. Mater. · 2014 · 26 · 39410.1021/cm4022358 ↗
15. Furuta N. · Chem. Mater. · 2012 · 24 · 105510.1021/cm2032465 ↗
16. Ye T. · Chem. Mater. · 2013 · 25 · 362310.1021/cm401547z ↗
17. Reynaud M. · Electrochem. Commun. · 2012 · 21 · 7710.1016/j.elecom.2012.04.027 ↗
18. Reynaud M. · Inorg. Chem. · 2013 · 52 · 1045610.1021/ic401280e ↗
19. Isasi J. · Z. Kristallogr.—New Cryst. Struct. · 2001 · 216 · 33110.1524/zkri.216.6.331.20340 ↗
20. Reynaud M. · Phys. Rev. B · 2014 · 89 · 10441910.1103/PhysRevB.89.104419 ↗
21. Lundén A. · Solid State Ionics · 1983 · 9 · 8910.1016/0167-2738(83)90214-X ↗
22. Reynaud, M.Design of new sulfate-based positive electrode materials for Li- and Na-ion batteries/Elaboration de nouveaux matériaux à base de sulfates pour l’électrode positive des batteries à ions Li et Na. Ph.D. Dissertation,Université de Picardie Jules Verne,Amiens, France, 2013, http://www.theses.fr/s94530.
23. Anji Reddy M. · Electrochem. Commun. · 2009 · 11 · 180710.1016/j.elecom.2009.07.024 ↗
24. Subban C. V. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 365310.1021/ja3125492 ↗
25. Reynaud M. · J. Mater. Chem. A · 2013 · 2 · 267110.1039/C3TA13648E ↗
26. Cot L. · C. R. Acad. Sci. C · 1967 · 264 · 1294
27. Cot L. · C. R. Acad. Sci. C · 1968 · 266 · 921
28. Cot L. · Rev. Chim. Min. · 1969 · 6 · 1041
29. Touboul M. · Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. · 1988 · 44 · 188710.1107/S0108270188007425 ↗
30. Rietveld H. M. · J. Appl. Crystallogr. · 1969 · 2 · 6510.1107/S0021889869006558 ↗
31. Rodríguez-Carvajal, J.FullProf Suite; Website:http://www.ill.eu/sites/fullprof/.
32. Rodríguez-Carvajal J. · Physica B · 1993 · 192 · 5510.1016/0921-4526(93)90108-I ↗
33. Clark J. · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 744610.1039/C3TA15064J ↗
34. Delacourt C. · J. Electrochem. Soc. · 2005 · 152 · A91310.1149/1.1884787 ↗
35. Radha A. V. · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 2444610.1039/c2jm34071b ↗
36. Radha A. V. · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 688710.1039/C3TA15457B ↗
37. Ben Yahia M. · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 958410.1039/c2ee22699e ↗
38. Evans, R. J.Ph.D. Dissertation, Mossbauer hyperfine parameters in oxygen-coordinated octahedral ferrous iron from electronic structure calculations.University of Ottawa:Ottawa, Canada, 2006, http://hdl.handle.net/10393/29399.
39. Benmokhtar S. · J. Solid State Chem. · 2006 · 179 · 370910.1016/j.jssc.2006.08.004 ↗
40. Ok H. N. · Phys. Rev. B · 1971 · 4 · 387010.1103/PhysRevB.4.3870 ↗
41. Ingalls R. · Phys. Rev. · 1964 · 133 · A78710.1103/PhysRev.133.A787 ↗
42. Grey C. P. · Chem. Rev. · 2004 · 104 · 449310.1021/cr020734p ↗
43. Casas-Cabanas M. · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 1742110.1039/c2jm33639a ↗
44. Janot R. · Carbon · 2001 · 39 · 193110.1016/S0008-6223(01)00160-9 ↗
45. Brown I. D. · Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. · 1985 · 41 · 24410.1107/S0108768185002063 ↗
46. Ponrouch A. · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 336310.1039/c3ee41243a ↗