LiMn0.8Fe0.2PO4/Carbon Nanospheres@Graphene Nanoribbons Prepared by the Biomineralization Process as the Cathode for Lithium-Ion Batteries

材料科学 石墨烯 电化学 生物矿化 纳米技术 纳米晶 阴极 碳纤维 化学工程 锂(药物) 电解质 电极 复合数 复合材料 内分泌学 物理化学 工程类 医学 化学
作者
Yukun Hou,G. L. Pan,Yan-Yun Sun,Xueping Gao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (19): 16500-16510 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsami.8b02736
摘要

Biomineralization technology is a feasible and promising route to fabricate phosphate cathode materials with hierarchical nanostructure for high-performance lithium-ion batteries (LIBs). In this work, to improve the electrochemical performance of LiMn0.8Fe0.2PO4 (LMFP), hierarchical LMFP/carbon nanospheres are wrapped in situ with N-doped graphene nanoribbons (GNRs) via biomineralization by using yeast cells as the nucleating agent, self-assembly template, and carbon source. Such LMFP nanospheres are assembled by more fine nanocrystals with an average size of 18.3 nm. Moreover, the preferential crystal orientation along the [010] direction and certain antisite lattice defects can be identified in LMFP nanocrystals, which promote rapid diffusion of Li ions and generate more active sites for the electrochemical reaction. Moreover, such N-doped GNR networks, wrapped between LMFP/carbon nanospheres, are beneficial to the fast mobility of electrons and good penetration of the electrolyte. As expected, the as-prepared LMFP/carbon multicomposite presents the outstanding electrochemical performance, including the large initial discharge capacity of 168.8 mA h g–1, good rate capability, and excellent long-term cycling stability over 2000 cycles. Therefore, the biomineralization method is demonstrated here to be effective to manipulate the microstructure of multicomponent phosphate cathode materials based on the requirement of capacity, rate capability, and cycle stability for LIBs.
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