鉅大LARGE | 點擊量：1043次 | 2019年05月15日
石墨烯球用于鋰充電電池提高了循環壽命和快速充電能力
由于關鍵參數之間的權衡性，在不犧牲其他性能的前提下改善一種性能對鋰離子電池來說是一個挑戰。用一種化學氣相沉積過程，以生長石墨烯-二氧化硅組件，稱為石墨烯球。
它的分層三維結構與氧化硅納米顆粒中心，甚至允許1%重量的石墨烯球均勻地涂覆到一個富鎳層陰極通過可伸縮的Nobilta銑削。石墨烯球涂層通過抑制有害的副作用和提供有效的導電途徑，提高了循環壽命和快速充電能力。
石墨烯球本身也是一種比容量為716.2mAhg?1的陽極材料。與沒有石墨烯球的對照電池相比，含有石墨烯球的電池的體積能量密度增加27.6%，表明在商業電池環境中實現800WhL-1的可能性，以及在5C和60°C條件下500次循環后保持78.6%的高循環能力。
鋰離子電池(LIBs)的不斷發展，使其在能量密度、功率密度、循環壽命和安全性等各方面都得到了顯著的改善。
目前，移動IT設備在LIB應用中占很大比例，目前最先進的LIBs的操作規范大多令人滿意。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
然而，隨著電動汽車(EVs)進入自由市場，關鍵的電化學性能要求更高的標準;
雖然提高行駛里程需要更高的能量密度，但快速充電和高速率操作需要更強的反應動力學。
安全也是電動汽車應用的一個關鍵因素。克服這些關鍵屬性之間的取舍關系是一項艱巨的挑戰;在不犧牲其他屬性的情況下改進一個屬性通常是非常重要的。
石墨烯球用于鋰充電電池，具有快速充電和高體積能量密度
石墨烯球用于鋰充電電池，具有快速充電和高體積能量密度
這種平衡關系在能量密度和快速充電(或功率能力)之間尤為明顯。雖然使用納米材料作為活性成分4、5，并加入碳納米材料6、7、8作為導電劑，通過減小離子擴散距離和內阻，提高了充電速率，但這些方法中的大多數在目前的LIB技術中還需要進一步改進。
納米材料的觸點密度遠低于傳統的微粒子，這對體積能量密度是不利的，而體積能量密度是許多LIB應用的關鍵因素。在降低內阻的類似背景下，石墨烯等碳納米材料的集成已被證明在提高實驗室尺度電極的導電性方面是有效的。然而，實現碳納米材料的小重量含量(即<3%wt%)在大規模漿料過程中的均勻分布還有待證明。
通過摻雜外源元素9、10或化學計量控制11、12、13對現有活性材料進行改性，還可以提高鋰離子的擴散率，從而提高傳統微米級活性材料的充電率。然而，這些方法中的大多數都是以犧牲具體能力為代價的。此外，除了能量密度和快速充電外，還能實現長循環壽命，特別是在高溫(即高溫)下。對于包含高容量電極材料的先進鋰電池，仍然是一個挑戰。
而鎳(鎳)豐富和氧化Li-rich分層材料被認為是即將到來的陰極材料由于其優越的特定能力相比古典LiCoO2同行,眾所周知,充電期間不可避免的cation-mixing降解分層框架尖晶石或巖鹽結構,以及在電極表面的毒副反應。
考慮到目前所做的努力，立即實現陰極材料快速充電而能量密度和循環壽命損失可忽略不計的最現實的解決方案之一是找到導電保護材料，這種材料可以均勻地涂覆在活性材料上，且含量最少。尋找先進的陽極材料也是必不可少的，因為目前的石墨陽極遭受鋰金屬沉積高速率充電。
在這里，一種石墨烯-二氧化硅(SiOx)組裝，稱為石墨烯球(GB)，作為高容量富鎳層狀陰極材料和LIB陽極材料的涂層材料。
每個GB由一個SiOx納米顆粒中心和周圍的石墨烯層組成，構成一個三維(3D)爆米花狀結構。SiOx納米顆粒在多個方面發揮著至關重要的作用,如避免形成碳化硅(SiC)層SiOx在石墨烯生長石墨烯界面,確保均勻涂層GB到陰極材料,并提供較高的比容量當GB作為陽極材料。
在富鎳層陰極上均勻涂覆GB，增強了陰極與電解質的界面穩定性和電極上的電子導電性，大大提高了陰極的循環能力和快速充電能力。利用GB的獨特優勢，由GB包覆陰極和GB陽極組成的全電池在商業電池條件下具有接近800WhL?1的高體積能量密度的可能性，在5C和60℃下循環500次后的容量保持率為78.6%。
