Anchoring Sn Nanoparticles in Necklace‐Like B,N,F‐Doped Carbon Fibers Enables Anode‐Less 5V‐Class Li‐Metal Batteries

阳极 材料科学 纳米颗粒 电解质 化学工程 金属 阴极 碳纤维 电流密度 复合材料 纳米技术 电极 冶金 复合数 化学 工程类 物理 量子力学 物理化学
作者
Yuan Tian,Zhihao Pei,Deyan Luan,Xiong Wen Lou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (13): e202423454-e202423454 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202423454
摘要

Li metal batteries (LMBs), particularly with a limited Li metal anode and a 5V-class cathode, offer significantly higher energy density compared to the state-of-the-art Li-ion batteries. However, the limited Li anode poses severe challenges to cycling stability due to low efficiency and large volume expansion issues associated with Li. Herein, we design a lightweight and functionalized host composed of Sn nanoparticles embedded into necklace-like B,N,F-doped carbon macroporous fibers (Sn@B/N/F-CMFs) toward anode-less 5V-class LMBs. The macroporous framework can decrease the local current density to homogenize Li deposition and release structural stress to realize high areal capacity of over 40 mAh cm-2. The lithiophilic B,N,F-doped carbon and Sn nanoparticles can function as high-affinity Li+ binding sites to uniformize Li nucleus growth on the internal and external surface of hollow fibers. Accordingly, the Sn@B/N/F-CMFs enable stable dendrite-free Li plating/stripping behaviors for 1700 h even in the carbonate-based electrolyte. When coupled with a 5V-class LiNi0.5Mn1.5O4 cathode, the assembled anode-less pouch cell also displays stable cycling performance even under harsh conditions.
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