【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 Battery，Advanced 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。

【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 Battery，Advanced 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。