Freestanding and Consecutive Intermixed N-Doped Hard Carbon@Soft Carbon Fiber Architectures as Ultrastable Anodes for High-Performance Li-Ion Batteries

材料科学 聚丙烯腈 阳极 碳化 碳纤维 静电纺丝 化学工程 复合材料 纤维 电极 复合数 扫描电子显微镜 化学 聚合物 工程类 物理化学
作者
Peng‐Fei Wang,Ying Li,Shu-Hui Tian,Jian-Cang Wang,Feilong Qiu,Yan‐Rong Zhu,Ting‐Feng Yi,Ping He
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (19): 15170-15178 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c02775
摘要

Freestanding N-doped hard carbon fibers and consecutive intermixed N-doped hard carbon@soft carbon composite fibers were successfully prepared by a simple electrospinning technique that used polyacrylonitrile and coal tar pitch as precursors. The electrochemical properties of these N-doped carbon fibers as anode materials for Li-ion batteries are studied. The prepared freestanding N-doped carbon fiber can be directly used as the anode without adding any binder and collector. The addition of coal tar pitch as a soft carbon source can reduce environmental pollution, improve the utilization of secondary resources, and improve the electrical conductivity of carbon fibers. Especially, intermixed N-doped hard carbon@soft carbon fibers with diameters of 200–300 nm were synthesized by electrospinning, followed by carbonization at 800 °C (CCNF-800), which displayed the best electrochemical performance among all samples. The high reversible capacity and ultrastable cycling stability can be ascribed to the reduced charge-transfer resistance and improved Li+ diffusion coefficient of CCNF-800 caused by a modification of coal tar pitch-based soft carbon. Ex situ X-ray diffraction (XRD) patterns also confirm that CCNF-800 possesses high structural stability and reversibility during cycling. This work provides an effective approach for the design of high-performance carbon-based electrodes and offers a new pathway to reduce dependence on fossil fuels.
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