鋰枝晶鍍層的存在會導致低的倍率性能和安全性問題，嚴重限制了石墨基負極在鋰存儲中的進一步應用。在這里，本文報道了一種由高度有序的石墨烯陣列以實現(xiàn)的高性能、無枝晶負極。這種合理設(shè)計的負極由周期性排列的石墨烯薄片和層間堆積的碳納米點組成。在6 C的高電流密度下，這種合成負極的比容量為64.5 mAh g
−1，比商業(yè)石墨負極高出4.5倍。更重要的是，即使在過度鋰化之后，所得的負極也表現(xiàn)出無鋰枝晶行為，表明其快速的鋰離子傳輸動力學和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當前的工作為電極材料提供了一種簡單有效的策略，可用于快速充電和安全的LIBs，以用于實際應用。
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)被標記出來，刻度條顯示峰的強度。(b)樣品的拉曼光譜，標記d波段與g波段的強度比。
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)的插圖為電極片對應的數(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的尺寸分布。(h)碳納米點的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。對不同排列角度的AGA-C電極進行了研究，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電池的過鋰化測量結(jié)果，插圖為對應電極的數(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)下過鋰化實驗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的電化學性能對比。(a) Li||AGA-C和Li||CG半電池1個周期前后的電化學阻抗Nyquist圖。插圖顯示了等效電路。(b) 0.1C的倍率時，AGA-C的GCD曲線。(c) CG和AGA-C的倍率性能測試圖。(d)將AGA-C電極的面積容量和電流密度與已發(fā)表的結(jié)果進行比較。(e) CG和AGA-C在不同質(zhì)量載荷下倍率為1C時的長循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果于2021年由上海科技大學劉巍課題組，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
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