Direct synthesis of tin spheres/nitrogen-doped porous carbon composite by self-formed template method for enhanced lithium storage

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作者
Kun Liu,Jiaao Wang,Hongfei Zheng,Xiaodong Sun,Zhimo Yang,Jianzong Man,Xinyu Wang,Juncai Sun
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:104: 88-97 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2021.06.054
摘要

To inhibit the agglomeration of tin-based nanomaterials and simplify the complicated synthesis process, a facile and eco-friendly self-formed template method is reported to synthesize tin submicron spheres dispersed in nitrogen-doped porous carbon (Sn/NPC) by pyrolysis of a mixture of disodium stannous citrate and urea. The vital point of this strategy is the formation of Na2CO3 templates during pyrolysis. This self-formed Na2CO3 acts as porous templates to support the formation of NPC. The obtained NPC provides good electronic conductivity, ample defects, and more active sites. Serving as anode for Li-ion batteries, the Sn/NPC electrode obtains a stable discharge capacity of 674.1 mAh/g after 150 cycles at 0.1 A/g. Especially, a high discharge capacity of 331.2 mAh/g can be achieved after 1100 cycles at 3 A/g. Additionally, a full cell coupled with LiCoO2 as cathode yields a discharge capacity of 524.8 mAh/g after 150 cycles at 0.1 A/g. In-situ XRD is implemented to investigate the alloying/dealloying reaction mechanisms. Density functional theory calculation ulteriorly explicates that NPC heightens intrinsic electronic conductivity, and NPC especially pyrrolic-N and pyridinic-N doping facilitates the Li-adsorption ability. Climbing image nudged elastic band method reveals low Li+ diffusion energy barrier in presence of N atoms, which accounts for the terrific electrochemical properties of Sn/NPC electrode.
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