Визначення впливу додавання вуглецю на фазоутворення та електрохімічні характеристики LiFePO4/C, синтезованого з FePO4, отриманого з феронікелю

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.365363

Ключові слова:

LiFePO4, FePO4, отриманий з феронікелю, додавання вуглецю, утворення фази, катодні матеріали

Анотація

Об'єктом цього дослідження є катодний матеріал LiFePO4/C, синтезований з використанням прекурсора FePO4, отриманого з феронікелю, при цьому основна увага приділялася впливу додавання вуглецю на формування фази та електрохімічні характеристики. Проблема полягала в тому, як додавання вуглецю впливає на формування фази олівіну LiFePO4, придушення домішок, мікроструктуру та електрохімічні характеристики при використанні некомерційного залізного прекурсора, отриманого з феронікелю. Прекурсор змішували з LiOH як джерелом літію та різною кількістю вуглецю з SuperP: 5 мас.%, 7 мас.% та 9 мас.%. Додавання вуглецю впливало на формування олівіну LiFePO4. При 7 мас.% LFP/C на дифракційній картині домінувала фаза LiFePO4, близько 99,60% на основі уточнення Рітвельда. Відсутність виявленого Ni за допомогою EDX свідчить про те, що перенесення Ni з прекурсора, отриманого з феронікелю, було мінімізовано. Результати дослідження свідчать про те, що FePO4, отриманий з феронікелю, може бути використаний як прекурсор для синтезу LiFePO4/C, а додавання вуглецю сприяє розвитку фази з оптимальним складом 7 мас.%. Результати можуть бути практично використані як основа для розробки катодних матеріалів LiFePO4/C з доданою вартістю з залізних ресурсів, отриманих з феронікелю, в контрольованих умовах синтезу, особливо коли чистота прекурсора FePO4 підтримується, вуглець Super P використовується в діапазоні 5–9 мас.%, а матеріал обробляється кульовим млином, попереднім нагріванням при 300°C та прожарюванням при 650°C в атмосфері аргону. Зразок LFP/C з концентрацією 7 мас.% мав питому ємність 140 мАг г⁻1 при 0,1°C, але електрохімічні характеристики все ще потребують оптимізації через взаємозв'язок частинок та агломерацію. Дані електроімпедансного аналізу показують, що 7 мас.% вуглецю є найсприятливішим складом з точки зору опору переносу заряду (34,91 Ом) та провідності (2,79 × 10⁻4 См/см), тоді як 9 мас.% вуглецю забезпечило найкращі характеристики дифузії літій-іонів (1,96 × 10⁻13 см2 с⁻1). Ці результати вказують на те, що залізні ресурси, отримані з феронікелю, мають великий потенціал для перетворення на катодні матеріали для акумуляторів з доданою вартістю

Біографії авторів

Vita Astini, Universitas Indonesia

Student

Department of Metallurgy & Materials Engineering

Anne Zulfia Syahrial, Universitas Indonesia

Professor

Department of Metallurgy & Materials Engineering

Achmad Subhan, National Research and Innovation Agency

Research Center for Advanced Materials

Johny Wahyuadi Mudaryoto Soedarsono, Universitas Indonesia

Professor

Department of Metallurgy & Materials Engineering

Посилання

  1. Mohamed, N., Allam, N. K. (2020). Recent advances in the design of cathode materials for Li-ion batteries. RSC Advances, 10 (37), 21662–21685. https://doi.org/10.1039/d0ra03314f
  2. Seher, J., Fröba, M. (2021). Shape Matters: The Effect of Particle Morphology on the Fast-Charging Performance of LiFePO4/C Nanoparticle Composite Electrodes. ACS Omega, 6 (37), 24062–24069. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03432
  3. Lara, C., Maril, M., Tobosque, P., Núñez, J., Pizarro, L., Carrasco, C. (2025). Comprehensive analysis of improved LiFePO4 kinetics: Understanding barriers to fast charging. Journal of Power Sources, 640, 236747. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236747
  4. Kaur, G., Gates, B. D. (2022). Review – Surface Coatings for Cathodes in Lithium Ion Batteries: From Crystal Structures to Electrochemical Performance. Journal of the Electrochemical Society, 169 (4), 43504. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac60f3
  5. Chen, S.-P., Lv, D., Chen, J., Zhang, Y.-H., Shi, F.-N. (2022). Review on Defects and Modification Methods of LiFePO4 Cathode Material for Lithium-Ion Batteries. Energy & Fuels, 36 (3), 1232–1251. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c03757
  6. Kang, H., Wang, G., Guo, H., Chen, M., Luo, C., Yan, K. (2012). Facile Synthesis and Electrochemical Performance of LiFePO4/C Composites Using Fe–P Waste Slag. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51 (23), 7923–7931. https://doi.org/10.1021/ie300088p
  7. Kumar, K., Kumar, S., Sen, A., Mediboyana, H., Bag, S. S., Kundu, R. (2024). Utilizing Cold Rolling Mill Iron Oxide To Synthesize Lithium Iron Phosphate for Li-Ion Batteries. ACS Sustainable Resource Management, 1 (6), 1185–1194. https://doi.org/10.1021/acssusresmgt.4c00065
  8. Khalil, S. B., Broughel, A. (2025). Stainless success, battery lag: Evaluation of Indonesia’s resource nationalism in nickel. The Extractive Industries and Society, 23, 101677. https://doi.org/10.1016/j.exis.2025.101677
  9. Jeong, T., Mohanty, S. K., Kwon, W. J., Reddy, S. C., Pati, A. R., Ryu, J. H., Yoo, H. D. (2025). Tailoring iron phosphate precursors via microcrystallization for high-performance lithium iron phosphate cathodes in lithium-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 13 (22), 16694–16703. https://doi.org/10.1039/d5ta00679a
  10. Yuan, Y., Hu, J., Wang, L., Li, Y., Yao, Y. (2024). Structural properties and electrochemical performance of different polymorphs of FePO4 as raw materials for lithium ion electrodes. Journal of Materials Chemistry C, 12 (18), 6511–6518. https://doi.org/10.1039/d4tc00957f
  11. Song, Y., Fu, Z. (2024). Mini-Review on the Preparation of Iron Phosphate for Batteries. Energy & Fuels, 38 (19), 18194–18207. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c02533
  12. Shen, Z.-Z., Wang, R.-X., Yuan, H.-Y., Guo, Y., Xiao, D., Meng, Y. (2025). Waste to treasure: A sustainable technic to prepare high-performance lithium iron phosphate from laterite nickel tailings. Separation and Purification Technology, 353, 128489. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128489
  13. Chang, L., Wei, A., Luo, S., Bi, X., Yang, W., Yang, R., Liu, J. (2023). Preparation of LiFePO4/C cathode material by extracting Fe2O3 from laterite nickel ore by ammonium jarosite method. Journal of Alloys and Compounds, 936, 168078. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168078
  14. Ishtiaq, S., Majid, A., Qadeer, A., Alkhedher, M., Bulut, N. (2025). Recent progress in carbon coating and surface modification of LiFePO4 cathodes. RSC Advances, 15 (50), 42331–42346. https://doi.org/10.1039/d5ra05833c
  15. Yuan, Y., Zhou, W., Dai, X., Wu, F., Chen, H., Mai, Y. et al. (2025). Regulation of nano FePO4 precursors and exploration of influencing mechanisms in LiFePO4/C cathode. New Journal of Chemistry, 49 (5), 1802–1813. https://doi.org/10.1039/d4nj04412f
  16. Zhi, X., Liang, G., Wang, L., Ou, X., Gao, L., Jie, X. (2010). Optimization of carbon coatings on LiFePO4: Carbonization temperature and carbon content. Journal of Alloys and Compounds, 503 (2), 370–374. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.02.173
  17. Ma, G., Luo, X., Cheng, M., Ju, D. (2025). Effect of impurities in FePO4 raw materials on the performance of LiFePO4 cathode materials. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-99729-8
  18. Syahrial, A. Z., Astini, V., M.S, J. W. (2025). Electrolysis and precipitation-based purification of ferronickel for high-purity nickel production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (135)), 46–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.324608
  19. Astini, V., Meirawati, S., Nengsih, S., -, A., -, H., Soedarsono, J. W. M., Zulfia, A. (2024). Influence of Electrolyte Molarity and Applied Voltage on the Purification of Ferronickel by Electrolysis Method. Metalurgi, 39 (1), 7. https://doi.org/10.55981/metalurgi.2024.742
  20. Kashi, R., Khosravi, M., Mollazadeh, M. (2018). Effect of carbon precursor on electrochemical performance of LiFePO4-C nano composite synthesized by ultrasonic spray pyrolysis as cathode active material for Li ion battery. Materials Chemistry and Physics, 203, 319–332. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.10.021
  21. Li, B., Xiao, J., Zhu, X., Wu, Z., Zhang, X., Han, Y. et al. (2024). Enabling high-performance lithium iron phosphate cathodes through an interconnected carbon network for practical and high-energy lithium-ion batteries. Journal of Colloid and Interface Science, 653, 942–948. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.133
  22. Zhang, T., Lin, S., Yu, J. (2022). Influence Mechanism of Precursor Crystallinity on Electrochemical Performance of LiFePO4/C Cathode Material. Industrial & Engineering Chemistry Research, 61 (15), 5181–5190. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c04784
  23. Zhang, S. M., Zhang, J. X., Xu, S. J., Yuan, X. J., Tian, T. (2013). Synthesis of Nano-Sized FePO4 Cathode Material via a Microemulsion Technique. Applied Mechanics and Materials, 320, 675–682. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.320.675
  24. Hsieh, C.-T., Pai, C.-T., Chen, Y.-F., Chen, I.-L., Chen, W.-Y. (2014). Preparation of lithium iron phosphate cathode materials with different carbon contents using glucose additive for Li-ion batteries. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 45 (4), 1501–1508. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2013.12.017
  25. Rajoba, S. J., Jadhav, L. D., Kalubarme, R. S., Yadav, S. N. (2019). Influence of synthesis parameters on the physicochemical and electrochemical properties of LiFePO4 for Li-ion battery. Journal of Alloys and Compounds, 774, 841–847. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.325
  26. Ravet, N., Gauthier, M., Zaghib, K., Goodenough, Mauger, A., Gendron, F. (2007). Mechanism of the Fe3+ Reduction at Low Temperature for LiFePO4 Synthesis from a Polymeric Additive. Chemistry of Materials, 19 (10), 2595–2602. https://doi.org/10.1021/cm070485r
  27. Feng, H., Milev, A. S., Kannangara, G. S. K. (2014). Novel Co-Precipitation Method for Synthesis of Carbon-Free LiFePO4. ECS Meeting Abstracts, MA2014-01 (2), 250. https://doi.org/10.1149/ma2014-01/2/250
  28. Zhang, S. S., Allen, J. L., Xu, K., Jow, T. R. (2005). Optimization of reaction condition for solid-state synthesis of LiFePO4-C composite cathodes. Journal of Power Sources, 147 (1-2), 234–240. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.01.004
  29. Scaccia, S., Carewska, M., Wisniewski, P., Prosini, P. P. (2003). Morphological investigation of sub-micron FePO4 and LiFePO4 particles for rechargeable lithium batteries. Materials Research Bulletin, 38 (7), 1155–1163. https://doi.org/10.1016/s0025-5408(03)00110-7
  30. Dadwal, K., Fábián, M., Tolnai, I., Sharma, S., Kaur, R., Gracheva, M. et al. (2025). Neutron, X-ray diffraction, DSC, Raman, Mössbauer and leaching studies of iron phosphate glasses and crystalline phases. RSC Advances, 15 (7), 5286–5304. https://doi.org/10.1039/d5ra00295h
Визначення впливу додавання вуглецю на фазоутворення та електрохімічні характеристики LiFePO4/C, синтезованого з FePO4, отриманого з феронікелю

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-30

Як цитувати

Astini, V., Syahrial, A. Z., Subhan, A., & Mudaryoto Soedarsono, J. W. (2026). Визначення впливу додавання вуглецю на фазоутворення та електрохімічні характеристики LiFePO4/C, синтезованого з FePO4, отриманого з феронікелю. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (141), 36–47. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.365363

Номер

Том 3 № 12 (141) (2026): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Vita Astini, Anne Zulfia Syahrial, Achmad Subhan, Johny Wahyuadi Mudaryoto Soedarsono

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.