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韓國科學技術研究院Cheol-Min Yang課題組--用于安全、大功率的鋰離子電池單層石墨烯涂層集電器
在制造安全且強大的鋰離子電池(LIBs)方面,石墨烯相關材料正在積極研究,以滿足電動汽車和智能電網等應用的需求。然而,大部分的研究都集中在液相剝離石墨烯和還原氧化石墨烯上。為此,本論文展示了一種簡單有效的途徑,通過將集電器與催化生長的大面積石墨烯耦合,來改善現有LIBs的電化學性能。當用大面積三層石墨烯包覆集電器時,發現集電器與活性材料之間的內阻(或有效電子轉移)減小。石墨烯還能?;さ撞閌占髏饈芨?,大大提高了LIBs的倍率和循環性能。三層石墨烯在轉移過程中具有較高的導電性和機械穩定性,從而有最佳的電化學性能和耐腐蝕性。本論文認為使用的界面石墨烯涂層方法可以用于各種電化學儲能系統,其中高耐腐蝕性,導電性和柔韌性是關鍵。

Fig. 1. 使用卷對卷的制造工藝在Al箔上轉移單層,三層和五層石墨烯的基本性質。(a)碳層(左)和石墨烯層(右)涂層電流收集器的電極結構變化比較;(b)鋁箔上單層、三層和五層石墨烯的HR-TEM圖;(c) Raman 圖;(d)片材電阻和(e)水接觸角。


Fig. 2. 使用純鋁和石墨烯涂層鋁電流收集器的LCO電極在LIBs中的陰極性能。(a) 0.1 C時1次和100次循環后內部電阻下降;(b)在3-4.3V,速率1C (150?mA/g)下循環100次的循環性能;(c)不同倍率0.1?C,0.2?C,0.5?C,1?C,2?C和5?C下的倍率性能;(d)在1 C下的容量保持,充電截止電壓為4.5 V。


Fig. 3. LCO電極在循環前后的橫截面FE-SEM圖。


Fig. 4. 涂覆石墨烯的電極熱穩定性和耐腐蝕能力。陰極持續1周在(a) 40℃和(a) -40℃前后的熱穩定性;(c)裸露和石墨烯涂覆的Al集電器的Tafel圖;(d)利用離心技術測量收集器和活性材料之間的界面強度。


Fig. 5. 陰極(LiCoO2)/陽極(石墨)全電池的電化學特性。(a)電壓范圍4.5-3V,電流密度0.2 C下的循環性能;(b)容量保留能力。


Fig. 6. 石墨烯在活性材料和電流收集器之間的功能示意圖。(a)作為LIBs電流收集器,界面上的電子和鋰離子轉移過程及耐腐蝕性能;(b)裸露(頂部)和G-Al(底部)的電子瓶頸機制方案。
相關研究成果于2019年由韓國科學技術研究院Cheol-Min Yang課題組,發表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.07.032)上。原文:Few-layer graphene coated current collector for safe and powerful lithium ion battery

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