北京航空航天大学沈志刚课题组–液体剥离石墨烯作为锂离子电池阴极的高效导电添加剂

本论文验证了喷射空化法制备的液体剥离石墨烯作为导电添加剂，可以显著改善锂离子电池（LIBs）中商用阴极材料的电化学性能。研究发现，超过3wt％的石墨烯负载量可以使LiFePO₄中的比容量从150 mAh/g增加到178 mAh/g。对于LiCoO₂和Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂，添加石墨烯可使最大比容量分别达到156和168 mAh/g，与不含石墨烯的商业材料相比，这一容量显著提高。石墨烯导电添加剂的优点在于0D乙炔黑和2D石墨烯片结合可以形成“点对面”导电网络。导电网络降低了阴极内部电阻，同时不会引起明显的电压极化或阻挡锂离子扩散路径。该研究通过使用低成本的液体剥离石墨烯为制造高性能LIB阴极创造了新的机会。

Fig. 1. 制备浆料和电极的示意图。

Fig.2. (a)原始石墨和(b)射流空化法制备石墨烯粉末的SEM图。石墨烯的(c) AFM图和(d) TEM图。(e)原始石墨和石墨烯薄膜的XRD图。(f)原始石墨和石墨烯薄膜的Raman图，用洛伦兹函数拟合出二维放大带区域。

Fig.3. 负载3 wt%石墨烯的(a)LFP，(b)纳米LFP，(c) LCO和(d)NCM电极的SEM图。

Fig.4. 不同石墨烯负载下LFP和纳米LFP的电化学性能。(a),(e) 0.1 C下50次的循环性能。(b),(f)电流密度从0.1到3 C的倍率性能。(c),(g)0.1 C下的充放电曲线。(d),(h)0.1 mV/s扫描速率下的CV曲线。

Fig.5. 不同石墨烯负载下LCO和NCM的电化学性能。(a),(d) 0.2 C下50次的循环性能。(b),(e)电流密度从0.1到3C下的倍率性能。(c),(f) 0.1 C下的充放电曲线。

Fig.6. (a) LFP，(b)纳米LFP，(c) LCO和(d) NCM的EIS图。(e)以石墨烯为导电添加剂的不同尺寸阴极系统中锂离子传输路径的示意图。

Fig.7. 以AB为导电添加剂的(a) LFP (c) LCO (e) NCM软包电池放电曲线。使用1 wt%石墨烯作为导电剂的(b) LFP (d) LCO (f) NCM 。

相关研究成果于2019年由北京航空航天大学Zhigang Shen课题组，发表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.07.008 ）上。原文：Liquid-exfoliated graphene as highly efficient conductive additives for cathodes in lithium ion batteries 。

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