Engineering 3D bicontinuous hierarchically macro-mesoporous LiFePO4/C nanocomposite for lithium storage with high rate capability and long cycle stability

材料科学 介孔材料 化学工程 纳米复合材料 纳米颗粒 电解质 电极 电化学 锂(药物) 纳米技术 溶剂热合成 催化作用 化学 有机化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Qian Zhang,Shaozhuan Huang,Jun Jin,Jing Liu,Yu Li,Hong‐En Wang,Lihua Chen,Bin-Jie Wang,Bao‐Lian Su
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:71
标识
DOI:10.1038/srep25942
摘要

A highly crystalline three dimensional (3D) bicontinuous hierarchically macro-mesoporous LiFePO4/C nanocomposite constructed by nanoparticles in the range of 50~100 nm via a rapid microwave assisted solvothermal process followed by carbon coating have been synthesized as cathode material for high performance lithium-ion batteries. The abundant 3D macropores allow better penetration of electrolyte to promote Li(+) diffusion, the mesopores provide more electrochemical reaction sites and the carbon layers outside LiFePO4 nanoparticles increase the electrical conductivity, thus ultimately facilitating reverse reaction of Fe(3+) to Fe(2+) and alleviating electrode polarization. In addition, the particle size in nanoscale can provide short diffusion lengths for the Li(+) intercalation-deintercalation. As a result, the 3D macro-mesoporous nanosized LiFePO4/C electrode exhibits excellent rate capability (129.1 mA h/g at 2 C; 110.9 mA h/g at 10 C) and cycling stability (87.2% capacity retention at 2 C after 1000 cycles, 76.3% at 5 C after 500 cycles and 87.8% at 10 C after 500 cycles, respectively), which are much better than many reported LiFePO4/C structures. Our demonstration here offers the opportunity to develop nanoscaled hierarchically porous LiFePO4/C structures for high performance lithium-ion batteries through microwave assisted solvothermal method.

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