石墨烯材料在鋰電池負極應(yīng)用技術(shù)解析

【引言】

鋰電池在當今人類社會生活中應(yīng)用廣泛，如電動汽車和便攜式電子設(shè)備等。然而，這些商業(yè)化的鋰電池能量密度偏低，不能完全滿足日常使用的需求。而且大部分電池在快速充放電過程中容量會下降，其倍率特性較差。

此外，除了能量密度和快充，達到高溫時（60攝氏度左右）長循環(huán)壽命的性能也十分重要。目前為止，被認為能取代LiCoO2的富鎳和富鋰層狀氧化物材料在快充過程中，能量密度和循環(huán)壽命損耗基本可以忽略。因此尋找一種先進的負極材料用于快充十分重要，因為現(xiàn)今的石墨負極在高倍率充電時會有金屬鋰沉積產(chǎn)生鋰枝晶。

【成果簡介】

近日，來自韓國三星先進技術(shù)研究院的In Hyuk Son博士團隊、韓國首爾國立大學(xué)的Jang Wook Choi教授團隊（共同通訊作者）聯(lián)合韓國電氣研究院、SDI研發(fā)中心在著名期刊Nature Communications上發(fā)表題為”Graphene balls for lithium rechargeable batteries with fast charging and high volumetric energy densities”的文章。該文章報道了一種石墨烯-SiOx組裝的石墨烯球作為涂層材料用于高容量富鎳層狀正極材料和鋰電池負極材料。每一個石墨烯球都由SiOx納米顆粒位于中心、石墨烯層位于外層組成，類似于3D爆米花狀結(jié)構(gòu)。SiOx納米顆粒有多重作用，例如在石墨烯生長過程中避免SiC層在SiOx-石墨烯界面的形成，確保石墨烯球能均勻包覆在正極材料上，確保了用于負極材料時的高比容量。石墨烯球在富鎳正極材料上均勻包覆增強了電解液和電極界面的穩(wěn)定性，提升了正極快充性能和循環(huán)穩(wěn)定性。利用石墨烯球包覆的正極和石墨烯球負極制成的全電池，在商業(yè)化電池條件下具有800Wh L-1的高體積能量密度，60℃下循環(huán)500次仍有78.6%的容量保持率。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一SiO2納米顆粒生長石墨烯。

a) CVD生長之前的TEM；

CVD生長b)5min之后c)30min之后的TEM；

d)-f):a)-c)圖中對應(yīng)的放大圖；

g) 30min生長的石墨烯以及原子能級的放大圖；

h) 爆米花狀石墨烯的生長示意圖。

圖二石墨烯球在生長過程中的分析。

CVD生長過程中檢測石墨烯生長運用的表征手段

a) XRD; b) XPS;

c) XPS中Si 2p峰； 在SiO2上生長石墨烯d)-e)5min和f)-g)30min之后，C,O,Si的EDX圖。

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