Phosphorus-doped silicon copper alloy composites as high-performance anode materials for lithium-ion batteries

阳极 合金 锂(药物) 介电谱 电化学 复合数 兴奋剂 材料科学 复合材料 化学 冶金 电极 光电子学 医学 物理化学 内分泌学
作者
Qi Li,Mo Yu,Yating Huang,Zhenfei Cai,Shuai Wang,Yangzhou Ma,Guangsheng Song,Zebin Yu,Weidong Yang,Cuié Wen
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier]
卷期号:944: 117684-117684 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2023.117684
摘要

Silicon (Si) anodes are considered one of the most promising candidates for next-generation lithium-ion batteries, owing to their high theoretical capacity. However, Si-based anodes suffer from significant volume expansion during lithiation, leading to severe mechanical degradation and poor cycling stability. To address these challenges, We developed phosphorus (P)-doped Si-Cu alloy composites via a simple vacuum melting method. The incorporation of Cu3Si in the composites effectively suppressed the volume expansion of Si, while P doping enabled the formation of N-type Si to improve electrical conductivity. In our study, we conducted a comprehensive analysis of the electrochemical performance of the P-doped Si-Cu alloy composites. Among the samples, the P0.5% Si-Cu alloy composite exhibited the most exceptional electrochemical performance, with a capacity of 1048 mAh/g after 60 cycles at the current density of 100 mA/g. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements revealed a lower Rct value of 73.65 Ω for the P0.5% Si-Cu alloy composite compared to 175.2 Ω for the Si-Cu alloy composite. Our theoretical calculations also demonstrated that P doping reduces the energy barrier for lithium-ion diffusion. Our study validated the potential of P-doped Si-Cu alloy composites as high-performance anode materials for lithium-ion batteries and provides new insights into the design of Si-based anodes with improved stability and cycling performance.
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