成果简介

随着锂离子电池（LIBs）的发展，进一步提高电池的能量密度迫在眉睫。石墨烯具有优异的化学稳定性、高导电性和重量轻，是替代传统金属集流体提高电池能量密度的理想材料。本文，武汉理工大学的木士春教授与何大平教授在《ACSSustainableChem.Eng.》期刊发表名为“HighlyReducedGrapheneAssemblyFilmasCurrentCollectorforLithiumIonBatteries”的论文，研究报告了大尺寸（mm×mm）石墨烯组装薄膜(GAF)，具有高结晶度、导电性((2.30±0.06)×Sm–1)和超轻重量(3.18mgcm–2)。电极/GAF界面具有更好的润湿性和更低的接触电阻。当所有金属（Al/Cu）集流体被GAF替代时，全电池电极的能量密度可提高32.9%（面密度为4mAhcm–2）。此外，具有GAF集流体的电极在循环稳定性、倍率性能和容量方面均有所改善。这些结果表明GAF作为一种高能量密度的锂离子集流体具有广阔的前景。

图文导读

图1.(a)GAF制造过程示意图。(b)高温工艺还原的mm×mmGAF样品。(c)GAF围绕玻璃棒弯曲。(d)GAF和报告的电子电导率的比较

图2.(a)GAF的横截面SEM图像。(b)GAF的表面形态。(c)剥离的GAF的TEM图像。插图：部分放大的图像。(d)未退火的GO膜和GAF的拉曼、(e)XPS和(f)XRD图案比较。(g,h)LiFePO4浆料在GAF上滴落(g)和(h)在铝箔上的接触角。(i)干燥后涂覆在GAF上的LiFePO4阴极的横截面SEM图像。

图3.(a)初始两个循环的充放电曲线。(b)LiFePO4/GAF和LiFePO4/Al电极的循环性能和(c)倍率性能。(d)石墨/GAF和石墨/Cu电极初始两次循环的充放电曲线。(e)20次循环后石墨/GAF电极的SEM图像。(f)石墨负极在不同集电器上的EIS。（g）石墨/GAF和石墨/Cu电极的循环和（h）倍率性能。

图4.(a)GAF集流体全电池结构图。(b)两个全电池在0.1C下初始两个循环的充放电曲线。(c)两个全电池的循环性能。(d)两个全电池的速率性能。(e)两个全电池电极的能量密度比较。

小结

综上所述，本文提出一种高导电的分层石墨烯组装薄膜（GAF），它可以完全替代金属箔作为LIB集流体并显着提高电极的能量密度。当GAF用作正极和负极集流体时，组装电池显示出比使用铝/铜箔集流体显着提高的能量密度和更高的倍率性能和循环稳定性。

文献：

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