鋰枝晶鍍層的存在會(huì)導(dǎo)致低的倍率性能和安全性問(wèn)題，嚴(yán)重限制了石墨基負(fù)極在鋰存儲(chǔ)中的進(jìn)一步應(yīng)用。在這里，本文報(bào)道了一種由高度有序的石墨烯陣列以實(shí)現(xiàn)的高性能、無(wú)枝晶負(fù)極。這種合理設(shè)計(jì)的負(fù)極由周期性排列的石墨烯薄片和層間堆積的碳納米點(diǎn)組成。在6 C的高電流密度下，這種合成負(fù)極的比容量為64.5 mAh g
−1，比商業(yè)石墨負(fù)極高出4.5倍。更重要的是，即使在過(guò)度鋰化之后，所得的負(fù)極也表現(xiàn)出無(wú)鋰枝晶行為，表明其快速的鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當(dāng)前的工作為電極材料提供了一種簡(jiǎn)單有效的策略，可用于快速充電和安全的LIBs，以用于實(shí)際應(yīng)用。
Fig. 1. CG與AGA-C比較的結(jié)構(gòu)示意圖。(a, b)在CG電極和AGA-C電極上過(guò)度鍍鋰示意圖。(c, d)在1 mA cm
-2電流密度下，在(c)CG電極和(d)AGA-C電極中鋰離子濃度的模擬結(jié)果。在這里，(c和d)表示鋰離子濃度，白線表示石墨烯薄片，黑線表示離子通量流線。
Fig. 2. CG、PG、AGA-C的相結(jié)構(gòu)分析。(a)樣品的XRD譜圖。(002)峰的半峰寬(FWHM)被標(biāo)記出來(lái)，刻度條顯示峰的強(qiáng)度。(b)樣品的拉曼光譜，標(biāo)記d波段與g波段的強(qiáng)度比。
Fig. 3. AGA-C電極的形貌表征。(a, b)制備的AGA-C電極的俯視SEM圖像。(a)的插圖為電極片對(duì)應(yīng)的數(shù)碼照片。(c) AGA-C的截面視圖SEM圖像。(d) AGA-C電極以1C的倍率充放電500次后的SEM俯視SEM圖像。(e) AGA的HRTEM圖像。(f) AGA的SAED模式圖。(g) AGA-C的TEM圖像，插圖圖是沉積的碳納米點(diǎn)的尺寸分布。(h)碳納米點(diǎn)的HRTEM圖像。
Fig. 4. (a-d)模擬了1、2、4、6 mA cm
-2不同電流密度下(a-c) AGA-C和(d) CG電極中的鋰離子濃度。對(duì)不同排列角度的AGA-C電極進(jìn)行了研究，分別為(a) 90°、(b) 45°和(c) 10°。
Fig. 5. 不同條件下Li||CG電池和Li||AGA-C電池的過(guò)鋰化測(cè)量結(jié)果，插圖為對(duì)應(yīng)電極的數(shù)碼照片。（a-j）不同電流密度(1~5 mA cm
-2)和不同容量(1~5 mA cm
-2)下過(guò)鋰化實(shí)驗(yàn)CG（a,c,e,g,i）和AGA-C電極（b,d,f,h,j）的SEM圖像。
Fig. 6. AGA-C與CG的電化學(xué)性能對(duì)比。(a) Li||AGA-C和Li||CG半電池1個(gè)周期前后的電化學(xué)阻抗Nyquist圖。插圖顯示了等效電路。(b) 0.1C的倍率時(shí)，AGA-C的GCD曲線。(c) CG和AGA-C的倍率性能測(cè)試圖。(d)將AGA-C電極的面積容量和電流密度與已發(fā)表的結(jié)果進(jìn)行比較。(e) CG和AGA-C在不同質(zhì)量載荷下倍率為1C時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果于2021年由上?？萍即髮W(xué)劉巍課題組，發(fā)表在Energy Storage Materials(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.02.014)上。原文：Aligned graphene array anodes with dendrite-free behavior for high-performance Li-ion batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
.jpg)
