利用石墨烯薄膜增强锂离子电池抗腐蚀性技术研究

本文摘要：【章节】集流体是可充电锂离子电池（LIBs）的最重要组成部分，它是内外电路的桥梁。尽管正负极电极材料千变万化，Al箔和Cu箔由于具备低导电性，必要电化学稳定性和低成本等优点，在LIBs中仍然分别是最热门的负极和负极集流体。 然而，Al箔在长年的循环过程中，不易受到局部电化学阳极生锈，导致电阻减少、短路和宿主副反应等。为解决问题这个问题，研究人员利用石墨烯薄膜作为导电涂层和界面隔绝层提升铝箔的抗电化学腐蚀性能。

【章节】集流体是可充电锂离子电池（LIBs）的最重要组成部分，它是内外电路的桥梁。尽管正负极电极材料千变万化，Al箔和Cu箔由于具备低导电性，必要电化学稳定性和低成本等优点，在LIBs中仍然分别是最热门的负极和负极集流体。

然而，Al箔在长年的循环过程中，不易受到局部电化学阳极生锈，导致电阻减少、短路和宿主副反应等。为解决问题这个问题，研究人员利用石墨烯薄膜作为导电涂层和界面隔绝层提升铝箔的抗电化学腐蚀性能。通过等离子体化学气相沉积法在商业集流体用的铝箔上必要生长多层的石墨烯膜，利用与铝箔密切契合的多层石墨烯薄膜具备离子/分子不通透性，可以有效地制止阳极极化产生的Al3+和电解液中的阴离子、溶剂分子等配位格氏试剂。

因此，石墨烯外壳铝箔可以明显提升其外用电化学腐蚀性。【成果概述】近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授和刘忠范院士（联合通讯作者）研究小组用低温生长的石墨烯薄膜外壳铝箔强化了其在LiPF6和LiTFSI电解液中的抗腐蚀性。此外，比起初始的铝箔（LMO/PA），LiMn2O4电池用于石墨烯外壳铝箔作为集流体（LMO/GA）表明出更出色的电化学性能。

LMO/GA的长年静电容量维持亲率，在950h后，仍然能超过初始的91%，显著低于LMO/PA电池的75%，且自放电亲率更加较低。该研究成果以“Graphene-ArmoredAluminumFoilwithEnhancedAnticorrosionPerformanceasCurrentCollectorsforLithium-IonBattery”为题公开发表在Adv.Mater.上。【图文简介】图1.石墨烯外壳铝箔集流体的抗电化学生锈的示意图图2.通过PECVD法制取石墨烯外壳铝箔的制备与密切相关（a）所制备GA的实物照片；（b）GA的拉曼序；（c）GA中C1s的XPS；（d）GA的横截面透射电镜图；（e）GA的元素分布图；（f）所制多层石墨烯的低倍透射电镜图；插画多层石墨烯的高倍透射电镜图，比例尺为5nm。

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