In Situ Revealing the Electroactivity of PO and PC Bonds in Hard Carbon for High‐Capacity and Long‐Life Li/K‐Ion Batteries

材料科学 电化学 磷酸 原位 离子 吸附 退火(玻璃) 氧化还原 拉曼光谱 化学工程 碳纤维 环氧树脂 电极 无机化学 有机化学 物理化学 复合材料 复合数 冶金 化学 工程类 物理 光学
作者
Yong Qian,Song Jiang,Yang Li,Zheng Yi,Jie Zhou,Tie‐Qiang Li,Ying Han,Yusong Wang,Jie Tian,Ning Lin,Yitai Qian
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (34) 被引量:265
标识
DOI:10.1002/aenm.201901676
摘要

Abstract The low capacity and unsatisfactory rate capability of hard carbon still restricts its practical application for Li/K‐ion batteries. Herein, a low‐cost and large‐scale method is developed to fabricate phosphorus‐doped hard carbon (PHC‐700) by crosslinking phosphoric acid and epoxy resin and followed by annealing at 700 °C. H 3 PO 4 acts not only as a crosslinker to solidify epoxy resin for promoting the degree of graphitization and lowering the specific surface area, but also as phosphorus source for forming PC and PO bonds, thus providing more active sites for Li/K storage. As a result, the PHC‐700 electrode delivers a highly reversible capacity of 1294.8 mA h g −1 at 0.1 A g −1 and a capacity of 214 mA h g −1 after 10 000 cycles at 10 A g −1 . As for potassium‐ion batteries, PHC‐700 exhibits a reversible capacity of 381.9 mA h g −1 at 0.1 A g −1 and a capacity of 260 mA h g −1 after 1000 cycles at 0.2 A g −1 . In situ Raman and in situ NMR measurements reveal that the P‐containing bonds can enhance the adsorption to alkali metal ions, and the PC bond can participate in electrochemical redox reaction by forming Li x PC y . Additionally, P‐doped hard carbon shows better structural/interfacial stability for improved long‐term cycling stability.
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