Tailored Work Function by N, Si Co‐Doping Enables High‐Performance Hard Carbon Anode for Lithium‐Ion Batteries

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作者
Jiayao Song,Tiansheng Mu,Xinchi Xu,Jiaxin Jia,Xiaohan Ban,Fuliang Liu,Jian Gao,Xiaodong Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202515805
摘要

Abstract Developing high‐rate and high‐capacity hard carbon anode is crucial for improving the power and energy density of lithium‐ion batteries. Herein, a nitrogen–silicon co‐doped hard carbon anode (N─Si─HC) is proposed derived from biomass macadamia nut shell. Theoretical calculations confirm that nitrogen–silicon co‐doping can effectively reduce the surface work function and facilitate lithium ions adsorption and migration. Moreover, the N─Si─HC anode demonstrates significantly alleviated electrochemical concentration polarization and stress accumulation. As a consequence, the N─Si─HC anode with optimized sintering temperature reveals superior electrochemical performance. Specifically, a high reversible capacity of 158 mAh g −1 is reached at 10 C, and the capacity retention rate is 84.2% after 2000 cycles, and an ultra‐long cycle stability of 10 000 cycles is achieved. In addition, the N─Si─HC anode with mechanically stable solid electrolyte interphase (SEI) exhibits a reduced desolvation barrier and enhanced pseudocapacitive lithium storage capacity. More importantly, this study provides a practical guidance for designing high‐performance hard carbon anodes.
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