在天然石墨上生長垂直石墨烯片以快速充電鋰離子電池

2020-11-20 石墨烯聯盟

本文要點：

  • 通過CVD在石墨表面製備垂直石墨烯片（VGS）。
  • VGS大大降低了鋰離子遷移的曲折性。
  • VGS /石墨在鋰離子電池中顯示出極高的快速充電能力。

1成果簡介

為了實現對電動汽車中使用的鋰離子電池的快速充電和高能量密度的需求，追求目標在不到15分鐘的充電時間的同時進行極快速充電，本文，哈爾濱工業大學Yongbiao Mu和Jie Yu（通訊作者）在《Carbon》期刊發表名為「Growing vertical graphene sheets on natural graphite for fast charging lithium-ion batteries」的論文，研究為實現目標，通過熱化學氣相沉積在石墨表面上生長垂直石墨烯片。垂直石墨烯片由於其固有的高導電性而不僅可以極大地提高鋰離子的傳輸速率，而且由於其高度優先的鋰離子插入路徑而可以顯著降低鋰離子傳輸的曲折性。

在半電池中，垂直石墨烯片/石墨在每個循環的3分鐘充電時間內可承受3000個循環。更值得注意的是，具有垂直石墨烯片/石墨陽極和LiFePO4線圈的全電池在4℃下每循環10分鐘的充電時間表現出312.1wh kg-1的超高能量密度，這表明垂直石墨烯片/石墨陽極在保持高能量密度的同時具有極快的充電能力

2 圖文導讀

圖1.（ad）石墨（a）和VGSs /石墨（bd）的SEM圖像，以及（e，f）VGSs /石墨的TEM圖像。

圖2。（a，b）石墨（a）和VGSs /石墨（0.2）在0.2 C下不同循環下的電壓曲線（cf）在（g，h）電壓下分別在0.2、0.5、1和5 C下的循環曲線石墨（g）和VGSs /石墨（h）在不同電流密度下的分布，（i）速率性能，（jl）循環之前（j），第一個循環（k）之後和第100個循環（l後）的EIS光譜）。

圖3。（a，b）不同掃描速率下的CV曲線，（c，d）v的平方根與峰值電流之間的關係，（e，f ）在峰1和2處的Log（i）與log（v）和（ g，h）在VGS /石墨（a，c，e，g）和石墨（b，d，f，h）的不同v處的準電容貢獻百分比，以及（i）在1 mV s時的詳細擬電容貢獻- 1個VGS /石墨。

圖4。（a）在0.1 C的不同循環次數下的電壓曲線，（b，c）分別在0.1和1 C的循環曲線，（d）在不同電流密度下的電壓曲線，以及（e）速率曲線和（f）充電充滿的時間。

圖5。（ad）石墨（a，b）和VGSs /石墨（c，d）電極100次循環之前和之後的橫截面SEM圖像，以及VGSs /石墨100次循環之後的（e，f）TEM圖像。

圖6。石墨（a）和VGSs /石墨（b）中鋰離子擴散路徑的示意圖，以及石墨（c）和VGSs /石墨（d）電極中的電接觸點。電觸點表示為紅色圓圈。

3小結

本文，通過在表面上生長VGS來實現石墨的XFC，這歸因於較高的擬電容貢獻，較高的EC，較低的R ct，更快的鋰離子遷移速率和較低的VGSs /體積變形。石墨比石墨。特別是，VGS /石墨在3000次循環後於5 C下顯示出105.4 mAh g -1的高比容量，每個循環3分鐘的充電時間。此外，VGS /石墨/ LFP的全電池在4C時可提供312.1 Wh kg -1的高重量能量密度，每個循環10分鐘的超短充電時間。這些性能遠勝於天然石墨。

參考文獻：

來源：材料分析與應用

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