N/O/P ternary-doped coal-based hierarchical porous carbon networks for high lithium-ion storage performance

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作者
Liang Hao,Huihui Zeng,Baolin Xing,Laihong Feng,Zhengfei Chen,Hui Guo,Bing Xu,Xiaoxiao Qu,Chuanxiang Zhang,Rongqiang Li
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:968: 172015-172015 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.172015
摘要

Constructing porous structure and surface modification are effective ways to enhance the Li-ion storage performance of commercial graphite anode for lithium-ion batteries (LIBs). Herein, nitrogen, oxygen and phosphorus ternary-doped coal-based hierarchical porous carbon networks (N/O/P-CCNs) were prepared through liquid oxidation combined with self-assembly method. The N/O/P-CCNs have a three-dimensional porous carbon network structure formed by cross-linking carbon nanosheets with an appropriate specific surface area (321 m2 g-1) and distribution of micro-, meso- and macropore, while the surfaces of carbon nanosheets are doped with nitrogen, oxygen and phosphorus. Due to unique hierarchical porous structure and the synergistic effect of ternary doping, the N/O/P-CCNs anode exhibits excellent Li-ion storage properties with initial reversible capacity of 1079 mAh g-1, which is much higher than that of coal-based graphite anode (382 mAh g-1). Besides, the N/O/P-CCNs anode also has superior rate capability (336 and 275 mAh g-1 at 1.0 and 2.0 A g-1) and cycle stability with a high capacity retention (near 100% after 100 cycles). The excellent electrochemical performance is not only related to the hierarchical pore structure that can provide efficient channels for lithium-ion transport, but also to the ternary-doping of nitrogen, oxygen and phosphorus that can provide more active sites for lithium-ion storage and enhance conductivity. This work provides a novel and effective design strategy for developing high-performance anode materials for LIBs.
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