Tailoring hierarchical porous core–shell SnO2@Cu upon Cu–Sn alloys through oxygen binding energy difference for high energy density lithium-ion storage

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作者
Huan Yang,Zhijia Zhang,Yuwen Zhao,Yuefang Chen,Qi Sun,Mengmeng Zhang,Yifang Zhang,Zhenyang Yu,Chunsheng Li,Yan Sun,Yong Jiang
出处
期刊:JPhys energy [IOP Publishing]
卷期号:6 (1): 015010-015010 被引量:2
标识
DOI:10.1088/2515-7655/ad0dbd
摘要

Abstract Rational design and construction of self-supporting anodes with high energy density is an essential part of research in the field of lithium-ion batteries. Tin oxide (SnO 2 ) is restricted in application as a prospective high energy density anode due to inherent low conductivity and huge volume expansion of the charge/discharge process. A new strategy that combines high energy ball milling and nonsolvent induced phase separation (NIPS) method was employed to synthesize self-supporting electrodes in which porous SnO 2 was encapsulated in a three-dimensional hierarchical porous copper (Cu) shell structure (3DHPSnO 2 @Cu). This unique structure was constructed due to the different binding energy of the alloy with oxygen, which are −0.91 eV for Cu 41 Sn 11 and −1.17 eV for Cu 5.6 Sn according to the density functional theory calculation. 3DHPSnO 2 @Cu electrodes exhibited excellent discharge capacity with an initial reversible capacity of 4.35 mAh cm −2 and a reversible capacity of 3.13 mAh cm −2 after 300 cycles at a current density of 1.4 mA cm −2 . It is attributed that the porous Cu shell encapsulated with porous SnO 2 provides buffer volume. Among them, the SnO 2 -Cu-SnO 2 interface increases the electrical conductivity and the porous structure provides ion transport channels. This strategy opens a new pathway in the development of self-supporting electrode materials with high energy density.

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