Ordered Lithium Deposition on Lithium Metal Anode Controlled by Boron-doped Carbon Dots from Solid-state Synthesis

doi:10.7503/cjcu20240185

Abstract

Abstract:

Boron-doped carbon dots（B-CDs） synthesized via solid-phase method were employed as electrolyte additives for lithium metal batteries. The carbon dots were prepared through the catalytic pyrolysis of carbon sources in air， highlighting high yield， efficiency， safety， and convenience. Synthesized from 1，3，5-trihydroxy-benzen and boric acid， the B-CDs exhibited excellent dispersibility in carbonate-based electrolytes. The doped boron atoms， serving as electron-deficient centers， could engage fluorinated anion groups through Lewis acid-base interactions， thus inducing uniform lithium-ion deposition on the lithium anode. At an additive concentration of 0.3 mg/mL， a lithium symmetric cell demonstrated stable cycling for 2500 h under a current density of 0.5 mA/cm² and a plating capacity of 0.5 mA·h/cm²， indicating that the carbon dot additive significantly enhanced the reversibility of lithium deposition/dissolution. When these carbon dots were incorporated into electrolytes of a LiFePO₄ full cell， an initial capacity of 144.4 mA·h/g was achieved， with a capacity retention of 95.1% after 100 cycles.

Key words: Carbon dots, Boron doping, Electrochemical energy storage, Electrolyte additive, Lithium metal anode

CLC Number:

O646

TrendMD:

NI Jiawen, HUANG Zunhui, SONG Tianbing, MA Qianli, HE Tianle, ZHANG Xirong, XIONG Huanming. Ordered Lithium Deposition on Lithium Metal Anode Controlled by Boron-doped Carbon Dots from Solid-state Synthesis[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240185.

Figures/Tables 8

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