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北京航空航天大學沈志剛課題組–液體剝離石墨烯作為锂離子電池陰極的高效導電添加劑

本論文驗證了噴射空化法制備的液體剝離石墨烯作為導電添加劑,可以顯著改善锂離子電池(LIBs)中商用陰極材料的電化學性能。研究發現,超過3wt%的石墨烯負載量可以使LiFePO4中的比容量從150 mAh/g增加到178 mAh/g。對于LiCoO2和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2,添加石墨烯可使最大比容量分别達到156和168 mAh/g,與不含石墨烯的商業材料相比,這一容量顯著提高。石墨烯導電添加劑的優點在于0D乙炔黑和2D石墨烯片結合可以形成“點對面”導電網絡。導電網絡降低了陰極内部電阻,同時不會引起明顯的電壓極化或阻擋锂離子擴散路徑。該研究通過使用低成本的液體剝離石墨烯為制造高性能LIB陰極創造了新的機會。

Fig. 1. 制備漿料和電極的示意圖。

Fig.2. (a)原始石墨和(b)射流空化法制備石墨烯粉末的SEM圖。石墨烯的(c) AFM圖和(d) TEM圖。(e)原始石墨和石墨烯薄膜的XRD圖。(f)原始石墨和石墨烯薄膜的Raman圖,用洛倫茲函數拟合出二維放大帶區域。

Fig.3. 負載3 wt%石墨烯的(a)LFP,(b)納米LFP,(c) LCO和(d)NCM電極的SEM圖。

Fig.4. 不同石墨烯負載下LFP和納米LFP的電化學性能。(a),(e) 0.1 C下50次的循環性能。(b),(f)電流密度從0.1到3 C的倍率性能。(c),(g)0.1 C下的充放電曲線。(d),(h)0.1 mV/s掃描速率下的CV曲線。

Fig.5. 不同石墨烯負載下LCO和NCM的電化學性能。(a),(d) 0.2 C下50次的循環性能。(b),(e)電流密度從0.1到3C下的倍率性能。(c),(f) 0.1 C下的充放電曲線。

Fig.6. (a) LFP,(b)納米LFP,(c) LCO和(d) NCM的EIS圖。(e)以石墨烯為導電添加劑的不同尺寸陰極系統中锂離子傳輸路徑的示意圖。

Fig.7. 以AB為導電添加劑的(a) LFP (c) LCO (e) NCM軟包電池放電曲線。使用1 wt%石墨烯作為導電劑的(b) LFP (d) LCO (f) NCM 。

相關研究成果于2019年由北京航空航天大學Zhigang Shen課題組,發表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.07.008 )上。原文:Liquid-exfoliated graphene as highly efficient conductive additives for cathodes in lithium ion batteries 。

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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