Construction of cobalt vacancies in cobalt telluride to induce fast ionic/electronic diffusion kinetics for lithium-ion half/full batteries

材料科学 离子键合 动力学 碲化物 离子 扩散 锂(药物) 无机化学 化学工程 冶金 热力学 化学 有机化学 医学 物理 工程类 内分泌学 量子力学
作者
Lei Hu,Lin Li,Yuyang Zhang,Xiaohong Tan,Hao Yang,Xiaoming Lin,Yexiang Tong
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:127: 124-132 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.04.011
摘要

Designing novel electrode materials with unique structures is of great significance for improving the performance of lithium ion batteries (LIBs). Herein, copper-doped Co1-x[email protected] carbon hollow nanoboxes (Cu-Co1-x[email protected] HNBs) have been fabricated by chemical etching of CuCo-ZIF nanoboxes, followed by a successive high-temperature tellurization process. The as-synthesized Cu-Co1-x[email protected] HNBs composite demonstrated faster ionic and electronic diffusion kinetics than the pristine [email protected] HNBs electrode. The existence of Co-vacancy promotes the reduction of Gibbs free energy change (∆GH*) and effectively improves the Li+ diffusion coefficient. XPS and theoretical calculations show that performance improvement is ascribed to the electronic interactions between Cu-Co1-xTe and nitrogen-doped carbon (NC) that trigger the shift of the p-band towards facilitation of interfacial charge transfer, which in turn helps boost up the lithium storage property. Besides, the proposed Cu-doping-induced Co-vacancy strategy can also be extended to other conversion-type cobalt-based material (CoSe2) in addition to as-obtained Cu-Co1-xSe2@NC HNBs anodes for long-life and high-capacity LIBs. More importantly, the fabricated LiCoO2//Cu-Co1-x[email protected] HNBs full cell exhibits a high energy density of 403 Wh kg−1 and a power density of 6000 W kg−1. We show that the energy/power density reported herein is higher than that of previously studied cobalt-based anodes, indicating the potential application of Cu-Co1-x[email protected] HNBs as a superior electrode material for LIBs.
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