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【引  言】

集流体是锂电池的重要组成部分。无论采用何种电极材料,铜箔和铝箔都分别是最常用的负极和正极集流体。然而,集流体在长时间循环后难以避免局部腐蚀的问题。特别地,正极侧的铝箔集流体之所以不被腐蚀,有赖于其表面自然氧化层的保护;而 Al3+/Al 的电势为 1.38 V vs Li+/Li,低于绝大多数正极材料,因此铝本身在正极侧是热力学不稳定的。在通常的的 4 V 锂离子电池中,铝集流体在长时间循环后会被腐蚀、从而造成性能衰减;而在下一代高电压(5 V)锂离子电池中,铝集流体被腐蚀的问题更加突出,被视为相关体系中的一个瓶颈。此外作者还指出,不同的电解液体系对铝集流体的腐蚀不同:LiPF6 盐电解液可以促使铝箔表面发生 AlF3,能够阻挡化学和电化学腐蚀;而 LiTFSI 盐电解液由于没有含氟物种,因此无法形成 AlF3 保护层,导致铝箔腐蚀问题更加严重。


【成果简介】


在这篇文章中,作者利用等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法,直接在铝箔上生长多层石墨烯薄膜作为保护层,并证明了其在 LiPF6 和 LiTFSI 基电解液中,能有效地改善铝箔集流体的抗腐蚀性能。作者指出,这是由于石墨烯薄膜对除质子之外的分子和离子是不通透的,因此有效抑制了电化学氧化产生的 Al3+ 与溶剂分子和阴离子配位、进入电解液的过程,从而提高了集流体抗腐蚀性;同时石墨烯良好的导电性不会影响集流体的电学性能。作者对比了普通铝箔(PA)和石墨烯保护的铝箔(GA)分别作为 LiMn2O4(LMO) 正极的集流体时的电化学性能,发现在 0.5 C、950 h 的循环充放电后,使用石墨烯保护的铝箔作为集流体的 LMO 容量保持率达91%,明显优于普通铝箔(75%)。另外,使用石墨烯保护的铝集流体后,LMO 的自放电被抑制,其倍率性能也得到改善。作者认为,这一使用石墨烯保护集流体的策略,不仅有助于改善锂离子电池的长期循环稳定性,还有望用于下一代的高电压(5 V)锂离子电池体系。




【图文展示】


图1 石墨烯抗腐蚀的示意图



图2 PECVD 法在铝箔上制备石墨烯,材料表征



图3 石墨烯改善铝箔的抗腐蚀性



图4 使用不同集流体的 LMO 性能对比








【文献链接】:Graphene-Armored Aluminum Foil with Enhanced Anticorrosion Performance as Current Collectors for Lithium-Ion BatteryAdvanced Materials,DOI: 10.1002/adma.201703882 。第一作者:Mingzhan Wang,通讯作者:刘忠范彭海琳,北京大学。



箜小天

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