Hierarchical SnO 2 -Encapsulated Porous Carbon Microspheres Derived by Dual Templated Method for Enhanced Lithium Storage Capacity

材料科学 阳极 微球 多孔性 锂(药物) 化学工程 电池(电) 阴极 对偶(语法数字) 纳米技术 碳纤维 电极 储能 合理设计 比表面积 容量损失 纳米晶 多孔介质 体积热力学 二氧化锡 图层(电子) 工作(物理) 纳米颗粒 相(物质) 碳化 锂离子电池 复合数
作者
Yina Lian,Dongsheng Du,Jiajun Sun,Dan Cheng,Xiaoyu Wang,Yanjun Huo,Peitao Xie,Yuan Liu
出处
期刊:NANO [World Scientific]
卷期号:21 (11) 被引量:1
标识
DOI:10.1142/s1793292026500128
摘要

Tin-based materials have attracted much attention as a promising anode for lithium-ion batteries (LIBs) due to their high theoretical capacity towards lithium storage, but their commercial viability is hindered by severe volume expansion/contraction during battery operation. Porous carbon can act as an ideal buffer layer to solve this problem, but the rational design of porous tin-carbon composite anode materials with low cost remains a great challenge. Herein, we propose a unique synthetic strategy, involving rational usage of water-in-oil (W/O) phase separation and NaCl-template methods, to design new porous tin-carbon microspheres. These composite microspheres have an impressive surface area of 104[Formula: see text]m 2 g[Formula: see text] with a reasonable porosity size, and ultrafine SnO 2 nanocrystals ([Formula: see text]5[Formula: see text]nm) are uniformly dispersed into the carbon matrix. As-designed porous carbon not only mitigates the volume expansion of SnO 2 , but also provides a larger electrolyte/electrode contacting area for the lithium flux. Such unique structural features endow the SnO 2 -encapsulated porous carbon microsphere (SnO 2 @PCM) electrode with high discharge capacity (1184.4[Formula: see text]mA[Formula: see text]h g[Formula: see text] after 500 cycles at 2[Formula: see text]A[Formula: see text]g[Formula: see text]) and long operation life. Furthermore, a full cell consisting of as-prepared SnO 2 @PCM anode and LiFePO 4 cathode delivers an excellent capacity retention of 82.2% at 1[Formula: see text]A[Formula: see text]g[Formula: see text] after 200 cycles, demonstrating the successful practical application of this type of material. This work presents a feasible strategy for designing tin–carbon composites, which could be further generalized to develop other high-volume-change anode materials.
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