石墨烯材料在锂电池负极应用技术解析

【章节】锂电池在当今人类社会生活中应用于普遍，如电动汽车和便携式电子设备等。然而，这些商业化的锂电池能量密度偏高，无法几乎符合日常用于的市场需求。而且大部分电池在较慢充放电过程中容量不会上升，其倍率特性较好。

此外，除了能量密度和慢差使，超过高温时（60摄氏度左右）宽循环寿命的性能也十分最重要。目前为止，被指出能代替LiCoO2的丰镍和富锂层状氧化物材料在慢差使过程中，能量密度和循环寿命损耗基本可以忽视。因此找寻一种先进设备的负极材料用作慢差使十分最重要，因为现今的石墨负极在高倍率电池时会有金属锂沉积产生锂枝晶。

【成果概述】近日，来自韩国三星先进设备技术研究院的InHyukSon博士团队、韩国釜山国立大学的JangWookChoi教授团队（联合通讯作者）牵头韩国电气研究院、SDI研发中心在知名期刊NatureCommunications上公开发表为题”Grapheneballsforlithiumrechargeablebatterieswithfastchargingandhighvolumetricenergydensities”的文章。该文章报导了一种石墨烯-SiOx装配的石墨烯球作为涂层材料用作高容量丰镍层状负极材料和锂电池负极材料。每一个石墨烯球都由SiOx纳米颗粒坐落于中心、石墨烯层坐落于外层构成，类似于3D爆米花状结构。

SiOx纳米颗粒有多重起到，例如在石墨烯生长过程中防止SiC层在SiOx-石墨烯界面的构成，保证石墨烯球能均匀分布外壳在负极材料上，保证了用作负极材料时的高比容量。石墨烯球在丰镍负极材料上均匀分布外壳强化了电解液和电极界面的稳定性，提高了负极慢差使性能和循环稳定性。利用石墨烯球外壳的负极和石墨烯球负极做成的全电池，在商业化电池条件下具备800WhL-1的高体积能量密度，60℃下循环500次仍有78.6%的容量维持亲率。

【图文简介】图一：SiO2纳米颗粒生长石墨烯。a)CVD生长之前的TEM；CVD生长b)5min之后c)30min之后的TEM；d)-f):a)-c)图中对应的缩放图；g)30min生长的石墨烯以及原子能级的缩放图；h)爆米花状石墨烯的生长示意图。图二：石墨烯球在生长过程中的分析。

CVD生长过程中检测石墨烯生长运用的密切相关手段：a)XRD;b)XPS;c)XPS中Si2p峰；在SiO2上生长石墨烯d)-e)5min和f)-g)30min之后，C,O,Si的EDX图。

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