One-Step Fabrication of Fluorine-Doped Graphite Derived from a Low-Grade Microcrystalline Graphite Ore for Potassium-Ion Batteries

石墨 微晶 制作 阳极 兴奋剂 材料科学 离子 氢氟酸 化学工程 冶金 电极 化学 光电子学 有机化学 工程类 结晶学 病理 物理化学 医学 替代医学
作者
Yun Zhao,Linan Yang,Canliang Ma,Gaoyi Han
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:34 (7): 8993-9001 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.0c01608
摘要

Graphite has been considered as a promising anode material of potassium-ion batteries (KIBs), the practical applications of which are impeded because of the unsatisfactory cycling stability and poor rate capability. In this study, the favorable effect of fluorine-doping on the K-storage performance of graphite is demonstrated. For a more practical application, a low-grade microcrystalline graphite (MG) ore is chosen as the raw material and is purified through a facile hydrofluoric acid solution immersion method. The results indicate that the mild purification process not only results in a high purity of 98.59 wt % for MG but also realizes the effective F-corporation in the graphite host. The fluorine content of 1.02% with a high semi-ionic bond constituent (70.53%) enlarges the graphite interlayer distance from 3.356 to 3.461 Å, which contributes to an alleviated volume change and faster K-ion diffusion kinetics. Benefiting from the F-doping-induced structural improvement, the modified MG electrode exhibits a prominently elevated reversible capacity (320 mA h g–1), a superior cycling ability with a high capacity retention of 74.6% after 100 cycles, and an enhanced rate performance. This study manifests that F-doping is a feasible route to resolve the obstacles of graphite materials and paves the way for commercial KIBs with high performance.

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