Fast and Controllable Prelithiation of Hard Carbon Anodes for Lithium-Ion Batteries

材料科学 法拉第效率 试剂 锂(药物) 阳极 阴极 碳纤维 离子 电极 化学工程 纳米技术 复合材料 有机化学 化学 医学 复合数 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Xiaoxiao Zhang,Huainan Qu,Wei-xiao Ji,Dong Zheng,Tianyao Ding,Caleb J. Abegglen,Dantong Qiu,Deyang Qu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 11589-11599 被引量:126
标识
DOI:10.1021/acsami.9b21417
摘要

Hard carbon has been extensively investigated as anode materials for high-energy lithium-ion batteries owing to its high capacity, long cycle life, good rate capability, and low cost of production. However, it suffers from a large irreversible capacity and thus low initial coulombic efficiency (ICE), which hinders its commercial use. Here, we developed a fast and controllable prelithiation method based on a chemical reaction using a lithium-containing reagent (1 M lithium biphenylide dissolved in tetrahydrofuran). The prelithiation extent can be easily controlled by tuning the reaction time. An SEI layer is formed during chemical prelithiation, and the ICE of prelithiated hard carbon in half-cell format can be increased to ∼106% in 30 s. When matched with a LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode, the full cell with the prelithiated hard carbon anode exhibits a much improved ICE (90.2 vs 75%) and cycling performance than those of the pristine full cell. This facile prelithiation method is proved to be a practical solution for the commercial application of hard carbon materials.
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