利用石墨烯薄膜增強(qiáng)鋰離子電池抗腐蝕性技術(shù)研究

【引言】

集流體是可充電鋰離子電池（LIBs）的重要組成部分，它是內(nèi)外電路的橋梁。盡管正負(fù)極電極材料千變?nèi)f化，Al箔和Cu箔由于具有高導(dǎo)電性，適當(dāng)電化學(xué)穩(wěn)定性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在LIBs中依然分別是最受歡迎的正極和負(fù)極集流體。然而，Al箔在長(zhǎng)期的循環(huán)過程中，易受到局部電化學(xué)陽極腐蝕，造成電阻增加、短路和寄生副反應(yīng)等。為解決這個(gè)問題，研究人員利用石墨烯薄膜作為導(dǎo)電涂層和界面隔離層提高鋁箔的抗電化學(xué)腐蝕性能。通過等離子體化學(xué)氣相沉積法在商業(yè)集流體用的鋁箔上直接生長(zhǎng)多層的石墨烯膜，利用與鋁箔緊密貼合的多層石墨烯薄膜具有離子/分子不通透性，可以有效阻止陽極極化產(chǎn)生的Al3+和電解液中的陰離子、溶劑分子等配位絡(luò)合。因此，石墨烯包覆鋁箔可以顯著提高其抗電化學(xué)腐蝕性。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授和劉忠范院士（共同通訊作者）研究小組用低溫生長(zhǎng)的石墨烯薄膜包覆鋁箔增強(qiáng)了其在LiPF6和LiTFSI電解液中的抗腐蝕性。此外，相比初始的鋁箔（LMO/PA），LiMn2O4電池使用石墨烯包覆鋁箔作為集流體（LMO/GA）顯示出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。LMO/GA的長(zhǎng)期放電容量保持率，在950h后，依然能達(dá)到初始的91%，明顯高于LMO/PA 電池的75%，且自放電率更低。該研究成果以“Graphene-Armored Aluminum Foil with Enhanced Anticorrosion Performance as Current Collectors for Lithium-Ion Battery”為題發(fā)表在Adv. Mater.上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.石墨烯包覆鋁箔集流體的抗電化學(xué)腐蝕的示意圖

圖2.通過PECVD法制備石墨烯包覆鋁箔的合成與表征

（a） 所合成GA的實(shí)物照片；

（b） GA的拉曼譜；

（c） GA中C1s的XPS；

（d） GA的截面透射電鏡圖；

（e） GA的元素分布圖；

（f）所制多層石墨烯的低倍透射電鏡圖；插圖多層石墨烯的高倍透射電鏡圖，比例尺為5nm。

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