Boron-Doped Spherical Hollow-Porous Silicon Local Lattice Expansion toward a High-Performance Lithium-Ion-Battery Anode

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作者
Yongpeng Ren,Xiangyang Zhou,Jingjing Tang,Jing Ding,Song Chen,Jiaming Zhang,Tingjie Hu,Xusheng Yang,Xinming Wang,Juan Yang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:58 (7): 4592-4599 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b00158
摘要

Silicon (Si) attracts extensive attention as the advanced anode material for lithium (Li)-ion batteries (LIBs) because of its ultrahigh Li storage capacity and suitable voltage plateau. Hollow porous structure and dopant-induced lattice expansion can enhance the cycling stability and transporting kinetics of Li ions. However, it is still difficult to synthesize the Si anode possessing these structures simultaneously by a facile method. Herein, the lightly boron (B)-doped spherical hollow-porous Si (B-HPSi) anode material for LIBs is synthesized by a facile magnesiothermic reduction from B-doped silica. B-HPSi exhibits local lattice expansion located on boundaries of refined subgrains. B atoms in Si contribute to the increase of the conductivity and the expansion of lattices. On the basis of the first-principles calculations, the B dopants induce the conductivity increase and local lattice expansion. As a result, B-HPSi electrodes exhibit a high specific capacity of ∼1500 mAh g –1 at 0.84 A g –1 and maintains 93% after 150 cycles. The reversible capacities of ∼1250, ∼1000, and ∼800 mAh g –1 can be delivered at 2.1, 4.2, and 8.4 A g –1, respectively.
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