Toward Highly Selective Heteroatom Dopants in Hard Carbon with Superior Lithium Storage Performance

材料科学 杂原子 锂(药物) 化学工程 兴奋剂 碳纤维 掺杂剂 纳米技术 光电子学 复合材料 戒指(化学) 有机化学 复合数 化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Xingyu Cai,Ying Xu,Mo Fan,Fanjun Kong,Lele Fan,Yan-Jun Tan,Guikai Zhang,Shengqi Chu,Wangsheng Chu,Shi Tao,Li Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (24): 29204-29213 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.3c04965
摘要

Hard carbons (HCs) have gained much attention for next-generation high energy density lithium-ion battery (LIB) anode candidates. However, voltage hysteresis, low rate capability, and large initial irreversible capacity severely affect their booming application. Herein, a general strategy is reported to fabricate heterogeneous atom (N/S/P/Se)-doped HC anodes with superb rate capability and cyclic stability based on a three-dimensional (3D) framework and a hierarchical porous structure. The obtained N-doped hard carbon (NHC) exhibits an excellent rate capability of 315 mA h g–1 at 10.0 A g–1 and a long-term cyclic stability of 90.3% capacity retention after 1000 cycles at 3 A g–1. Moreover, the as-constructed pouch cell delivers a high energy density of 483.8 W h kg–1 and fast charging capability. The underlying mechanisms of lithium storage are illustrated by electrochemical kinetic analysis and theoretical calculations. It is demonstrated that heteroatom doping imposes significant effects on adsorption and diffusion for Li+. The versatile strategy in this work opens an avenue for rational design of advanced carbonaceous materials with high performance for LIB applications.
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