Design of phosphorus-doped porous hard carbon/Si anode with enhanced Li-ion kinetics for high-energy and high-power Li-ion batteries

阳极 材料科学 锂(药物) 化学工程 功率密度 碳纤维 储能 纳米技术 电极 复合数 复合材料 化学 功率(物理) 医学 物理 物理化学 量子力学 工程类 内分泌学
作者
Si Yi,Zhilin Yan,Xingda Li,Zhen Wang,Pengpeng Ning,Jingwen Zhang,Jinlan Huang,Deren Yang,Ning Du
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:473: 145161-145161 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145161
摘要

With the rapid progress of portable electronics and electric vehicles, high-energy lithium-ion batteries (LIBs) with fast-charging technology are urgently required. Silicon (Si) is considered as the most promising anode candidate for high-energy LIBs but challenging to large-scale commercialization due to its huge volume change and poor conductivity. To develop high-capacity Si-based anode materials with enhanced lithium-ion diffusion and fast reaction kinetics, we design a novel high-Si-content Si/hard carbon composite via scalable methods. The combination between phosphorus-doped hard carbon with porous structure and uniformly distributed Si nanolayers effectively improve lithium-ion kinetics and mitigate the volume change of Si. As a result, the architecture delivers a reversible capacity of 1124 mAh/g at 0.1C and superior cycling stability with an 87.4% capacity retention after 200 cycles at 1C. The 1.5 A h pouch-type full-cell tests further demonstrate good cycling stability and high rate performance at 4C under an electrode density of 1.6 g cm−3 and areal capacity loading of 3.53 mAh cm−2. This work paves a new way for the rational design of Si-based anode materials for high-energy and high-power LIBs.
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