Synergistic Pore Architecture and Surface Lithiation Enable Li 3 PO 4 -Dominated Interphases for Ultrahigh-Rate Graphite Anodes

法拉第效率 石墨 电解质 材料科学 阳极 多孔性 扩散 电池(电) 化学工程 纳米技术 容量损失 碳纤维 降级(电信) 耐久性 比表面积 表面扩散 碳化 离子 阴极
作者
Zhikun Huang,Chenghao Cui,Kai Wang,Hongyun Ma,Guoyu Pan,Yuanfan Gu,Yingjie Gao,Wujie Qiu,Zhuang Sun,Tao Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (44): 38583-38593 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c13044
摘要

Designing high-rate anodes for lithium-ion batteries (LIBs) remains a critical challenge due to the sluggish ion dynamics and capacity degradation of graphite-based materials under high-rate cycling. Here, we present a surface-lithiated porous graphite (LPG) anode designed through synergistic structural and interfacial modifications. Micron-scale pores introduced on graphite basal planes reduce Li+ diffusion distance while maintaining a low specific surface area (≤ 2 m2·g-1), ensuring an initial Coulombic efficiency exceeding 90%. Surface lithium-containing groups are identified as a key factor in inducing the formation of a Li3PO4-enriched solid electrolyte interface (SEI), which effectively mitigates Li+-solvent interactions and enhances desolvation kinetics. As a result, LPG anodes exhibit good high-rate capabilities, delivering a delithiated capacity of 327 mAh·g-1 at 50 C and retaining 88.9% initial capacity after 2000 cycles at 5 C. With kilogram-scale production and soft-pack battery verification, this strategy positions LPG as a scalable, high-rate anode solution for next-generation LIBs, achieving a good balance between rate performance and capacity retention. Surface-lithiated porous graphite achieves a good balance in balancing rate performance and capacity retention for lithium-ion batteries.
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