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- 發布時間2017-12-01 18:48
- 發布人金彩集(ji)團
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成果簡介(jie)
近日，來自韓國三星先進技術研究院的In Hyuk Son博士團隊、韓國首爾國立大學的Jang Wook Choi教授團隊（共同通訊作者）聯合韓國電氣研究院、SDI研發中心在著名期刊Nature Communications上發表題為” Graphene balls for lithium rechargeable batteries with fast charging and high volumetric energy densities”的文章。
該文章報道了一種石墨烯-SiOx組裝的石墨烯球作為涂層材料用于高容量富鎳層狀正極材料和鋰電池負極材料。每一個石墨烯球都由SiOx納米顆粒位于中心、石墨烯層位于外層組成，類似于3D爆米花狀結構。SiOx納米顆粒有多重作用，例如在石墨烯生長過程中避免SiC層在SiOx-石墨烯界面的形成，確保石墨烯球能均勻包覆在正極材料上，確保了用于負極材料時的高比容量。
石(shi)墨(mo)烯球(qiu)在富鎳正(zheng)極材料上均勻包覆(fu)增強了電(dian)解液和電(dian)極界面的穩定性，提升(sheng)了正(zheng)極快充性能(neng)和循(xun)(xun)環(huan)(huan)穩定性。利用(yong)石(shi)墨(mo)烯球(qiu)包覆(fu)的正(zheng)極和石(shi)墨(mo)烯球(qiu)負極制成的全電(dian)池，在商業化電(dian)池條件下(xia)具有(you)800Wh L-1的高體積能(neng)量(liang)密度，60℃下(xia)循(xun)(xun)環(huan)(huan)500次仍有(you)78.6%的容(rong)量(liang)保持率。
圖文導(dao)讀(du)
圖一：SiO2納米顆粒生長石墨烯
a) CVD生長之前的TEM；
CVD生長b)5min之(zhi)后c)30min之(zhi)后的TEM；
d)-f):a)-c)圖中(zhong)對應的放大(da)圖；
g) 30min生長的(de)石墨(mo)烯以及原子(zi)能級的(de)放大圖；
h) 爆(bao)米(mi)花狀石墨(mo)烯的生長示意圖。
圖二：石墨烯球在生長(chang)過程中的分析
CVD生(sheng)長過程中檢(jian)測(ce)石墨(mo)烯生(sheng)長運(yun)用的表(biao)征手(shou)段(duan)：
a) XRD; b) XPS;
c) XPS中Si 2p峰(feng)；在(zai)SiO2上生長石墨烯d)-e)5min和f)-g)30min之后，C,O,Si的EDX圖。
圖三(san)：石墨(mo)烯球包覆(fu)在LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2
a)-c) 生長石墨烯前的SiO2納米球；
b)-d) 包覆石(shi)墨(mo)烯后的石(shi)墨(mo)烯球；
石墨烯片e)包覆前和f)包覆后的TEM圖；
i) 石墨(mo)烯球的(de)拉(la)曼圖；
j) 三種樣品的C 1s峰的XPS圖；
k) 石墨烯(xi)球包覆在LiNi6Co0.1Mn0.3O2上的示意圖。
圖(tu)四：快速(su)充放電和(he)循環的性能表征
2.5-4.3V電壓范圍下a)25℃和(he)b)60℃的倍率(lv)特性圖(tu)：
不同截止電壓下c)25℃和d)60℃的循環性能圖；
e)初始裝天下NCM和60℃4.3V截(jie)止電(dian)壓下100次循環的石墨烯球包覆NCM；
圖(tu)五：半電池和全(quan)電池測試性(xing)能
a) 25/60℃下石墨烯球負極的半電池(chi)倍(bei)率特性；
b) 5C電流密度25/50℃下石墨烯球負極的長循環性(xing)能圖；
5C電流密度(du)循(xun)環500次(ci)的石墨烯球負極(ji)c)SEM截面圖及其d)放大圖：
e) 石墨烯(xi)球-NCM/石墨烯(xi)球全電(dian)池在5C下25/60℃的(de)長循環特性(xing)。
圖(tu)六(liu)：60℃循環500次后全電池性能表征
a)-b) 石墨烯球-NCM低(di)倍/高倍SEM圖(tu)；
c) 截面的STEM圖；
d) 圖c中C,F,Pt三種元(yuan)素的EDX圖；
e) 石墨烯球-NCM表面的高(gao)倍(bei)STEM圖；
f) NCM表面的TEM圖。
小(xiao)結
通過CVD法制備了石墨烯-氧化硅復合物，既石墨烯球。其分層三維結構使得氧化硅顆粒之間生長了石墨烯，通過Nobilta球磨技術將1wt%石墨烯球均勻涂覆在富鎳層狀正極材料中。通過抑制不利的副反應和提高導電性，提升了循環壽命和快充性能。石墨烯球用于負極比容量達到716.2mA g-1，與沒有使用石墨烯球的電池相比，在商業化制備的條件下全電池的體積能量密度提升了27.6%，達到800Wh L-1，5C倍率60℃下(xia)循環500次電容保持量仍有78.6%。
