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Hierarchical Porous N-Doped Carbon Nanofibers with Encapsulated Li3VO4 Nanoparticles for Lithium-Ion Storage
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-01-03 , DOI: 10.1021/acsanm.3c04919
Song Yang 1 , Cunyuan Pei 1 , Dongmei Zhang 1 , Bing Sun 1 , Pengju Li 1 , Tao Li 2 , Shibing Ni 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2024-01-03 , DOI: 10.1021/acsanm.3c04919
Song Yang 1 , Cunyuan Pei 1 , Dongmei Zhang 1 , Bing Sun 1 , Pengju Li 1 , Tao Li 2 , Shibing Ni 1
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Lithium vanadium oxide (Li3VO4) is a highly promising anode material for lithium-ion batteries due to its high theoretical capacity and moderate operation voltage. However, its low intrinsic electronic conductivity leads to an undesirable rate capability and restricts its practical applications. To address this issue, we designed a structure of hierarchical porous carbon network-wrapped Li3VO4 nanoparticles to enhance the overall electrochemical performance, especially at high rates. Polyacrylonitrile (PAN) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) were employed as carbon sources and porous templates during the electrospinning and subsequent calcination processes. This approach can enhance the electronic conductivity, improve the contact area between Li3VO4 and the electrolyte, and decrease the ion/electron diffusion path. As a result, the constructed hierarchical porous N-doped C nanofiber-encapsulated Li3VO4 nanoparticles (P-LVO/NC NFs) exhibited an ultrahigh discharge capacity of 1039.5 mA h g–1 and a stable capacity of 736.8 mA h g–1 after 500 cycles at 0.5 A g–1. Furthermore, they demonstrated an outstanding rate capability of 397.7 mA h g–1 and at 5.0 A g–1. The unique hierarchical porous structure provided excellent reaction kinetics, resulting in exceptional Li-ion storage performance. Therefore, the fabricated P-LVO/NC NFs hold great potential as high-performance anode materials.
中文翻译：
用于锂离子存储的具有封装 Li3VO4 纳米粒子的分层多孔 N 掺杂碳纳米纤维
锂钒氧化物(Li 3 VO 4 )由于其高理论容量和适中的工作电压而成为一种极具前景的锂离子电池负极材料。然而，其低本征电子电导率导致不理想的倍率性能并限制了其实际应用。为了解决这个问题，我们设计了一种分层多孔碳网络包裹的Li 3 VO 4纳米颗粒的结构，以提高整体电化学性能，特别是在高倍率下。在静电纺丝和随后的煅烧过程中，采用聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为碳源和多孔模板。这种方法可以增强电子电导率，增加Li 3 VO 4与电解质之间的接触面积，并减少离子/电子扩散路径。结果，构建的分层多孔N掺杂C纳米纤维封装Li 3 VO 4纳米颗粒（P-LVO/NC NFs）表现出1039.5 mA hg –1的超高放电容量和736.8 mA hg –1的稳定容量。 0.5 A g –1下 500 次循环。此外，它们还表现出了 397.7 mA hg –1和 5.0 A g –1的出色倍率性能。独特的分层多孔结构提供了出色的反应动力学，从而实现了卓越的锂离子存储性能。因此，所制备的 P-LVO/NC NF 作为高性能负极材料具有巨大的潜力。
更新日期：2024-01-03
中文翻译：
用于锂离子存储的具有封装 Li3VO4 纳米粒子的分层多孔 N 掺杂碳纳米纤维
锂钒氧化物(Li 3 VO 4 )由于其高理论容量和适中的工作电压而成为一种极具前景的锂离子电池负极材料。然而，其低本征电子电导率导致不理想的倍率性能并限制了其实际应用。为了解决这个问题，我们设计了一种分层多孔碳网络包裹的Li 3 VO 4纳米颗粒的结构，以提高整体电化学性能，特别是在高倍率下。在静电纺丝和随后的煅烧过程中，采用聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为碳源和多孔模板。这种方法可以增强电子电导率，增加Li 3 VO 4与电解质之间的接触面积，并减少离子/电子扩散路径。结果，构建的分层多孔N掺杂C纳米纤维封装Li 3 VO 4纳米颗粒（P-LVO/NC NFs）表现出1039.5 mA hg –1的超高放电容量和736.8 mA hg –1的稳定容量。 0.5 A g –1下 500 次循环。此外，它们还表现出了 397.7 mA hg –1和 5.0 A g –1的出色倍率性能。独特的分层多孔结构提供了出色的反应动力学，从而实现了卓越的锂离子存储性能。因此，所制备的 P-LVO/NC NF 作为高性能负极材料具有巨大的潜力。
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