北航：噴射空法製備石墨烯/石墨納米片複合材料用於鋰離子電池

本文要點：

通過射流氣蝕提出一種具有工業前景的可擴展複合碳基陽極，製備的石墨烯/石墨納米片複合材料（GGNC）和原始石墨製成紐扣電池

成果簡介
本文，北京航空航天大學 航空科學與工程學院沈志剛教授課題組在《Energy Technology》期刊發表名為「Scalable and High‐Performance Graphene/Graphite Nanosheet Composite Anode for Lithium Ion Batteries via Jet Cavitation」的論文，研究通過噴射空化技術製備出缺陷含量低的超細層狀石墨烯/石墨納米片複合材料（GGNCs），該複合材料具有可擴展性，在不到1 s min的時間內即可提供克級，千克級或噸級數量的GGNC 。所生產的複合材料可用作鋰離子電池陽極，並顯示在100mA g -1的電流下具有約480 mAh g -1的可逆比容量（遠高於商用石墨陽極的≈372 mAhg -1）。100個循環後的密度。它們還具有優異的倍率性能，尤其是在高電流率（例如，301.8 mAh g−1，2 A g−1）。這項工作表明噴射空化是一種可擴展、低成本、環保的碳基陽極材料預處理方法，可將陽極比容量提高30%。

圖文導讀

圖1、a）SEM圖像，b）具有擴大的2D波段的拉曼光譜，c）XRD圖，以及d）GGNC的XPS光譜和C1s光譜。

圖2、a）在100 mA g -1的電流密度下的充放電循環性能，以及b）石墨和GGNC陽極的倍率能力。

圖3、a）原始石墨和b）GGNC陽極的CV曲線，掃描速率為0.2 mV s -1。c）原始石墨和d）GGNC陽極在0.005–3 V電壓範圍內的充放電曲線。

圖4、石墨和GGNC陽極的奈奎斯特圖

圖5、石墨烯的理論比容量隨層數而變化。

小結

綜上所述，通過一步噴射空化而大量生產具有高電化學性能的GGNC陽極，且不依賴於任何昂貴的熱處理或化學處理。通過SEM，TEM，AFM，XRD，XPS和拉曼光譜測量對製得的GGNC的結構和形態進行了表徵，證實了超薄GGNC比原始石墨具有更多的邊緣，表面和官能團。噴射空化剝落的GGNC陽極具有更高的電子電導率和更多的鋰離子存儲活性位置。根據EIS測試，納米結構的GGNC陽極具有較低的接觸電阻和較短的鋰離子擴散距離。結果，這些無規律堆疊的石墨烯納米片表現出優異的電化學性能，高循環穩定性和優異的速率能力。

文獻：

連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.202000511