Metal Oxides with Distinctive Valence States in an Electron‐Rich Matrix Enable Stable High‐Capacity Anodes for Li Ion Batteries

价(化学) 材料科学 金属 电子 阳极 化学工程 电导率 价电子 纳米技术 化学 物理 冶金 物理化学 电极 工程类 有机化学 量子力学
作者
Jipeng Liu,Liwei Dong,Dongjiang Chen,Yupei Han,Yifang Liang,Mengqiu Yang,Jiecai Han,Chunhui Yang,Weidong He
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:4 (2) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/smtd.201900753
摘要

Abstract Metal oxides are arguably a promising solution to next‐generation high‐energy‐density anode materials. In particular, molybdenum oxides own high theoretical specific capacity (1117 and 838 mA h g −1 for MoO 3 and MoO 2 , respectively), high chemical stability, and low cost. The low electronic conductivity of MoO 3 limits their charge–discharge rate performances and delithiation capability. By controlling the valence state of MoO x with carbon, partial MoO 3 can be reduced to MoO 2 with low electrical resistance and high‐rate capacity. Nonetheless, both molybdenum oxides undergo large‐volume expansion/shrinkage and even pulverization in the lithiation/delithiation process. Herein, through a facile pyrolysis method a MoO x /N‐doped carbon nanotube (NCNT) anode with controllable valence states of Mo is designed. The high conductivity and flexibility of the NCNT matrix form a stable MoO 2 /MoO 3 anode with finely matched lattices and coordinated 3d electrons. Owing to molecularly close contact between electron‐rich CNTs and MoO x , MoO x /NCNTs own a high conductivity of 0.36 S cm −1 , and mitigate the volume expansion in charges and discharges. The MoO 3 /MoO 2 /NCNTs anode delivers an unparalleled high gravimetric capacity of 970 mA h g −1 , over 100‐cycle stability and high rate capability.
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