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石墨烯增强无粘结剂电极制备技术|亚博AG真人

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石墨烯是目前尤为先进设备的二维材料之一,具备诸多的出色性能,例如低电导率,超高的强度和较好的导热性,这都使得石墨烯沦为如今尤为火热的材料之一,将石墨烯出色的电化学性能与锂离子电池融合是我们电池人的梦想。纳米技术可制取具备纳米尺度的材料,增加Li+扩散距离,明显提高材料的倍率性能,但是纳米材料也不会带给振实密度上升、高比表面积的问题,造成电极材料的副反应减少,容许了纳米技术在锂离子电池上的应用于。近日来自美国西北大学材料科学与工程学院的Kan-ShengChen等人将两种技术融合在了一起,制取了石墨烯外壳纳米锰酸锂(nano-LMO)材料,某种程度充分利用了石墨烯材料的高性能,还解决问题了纳米材料副反应多的问题,该材料具备出色的倍率性能和低温性能,室温下,20C大倍率下能取得初始容量的75%,在-20℃下容量完全没衰降。实验中Kan-ShengChen制取了nano-LMO(66.7wt%),石墨烯纳米片(7.3wt%)浆料,乙基纤维素(26wt%)作为稳定剂,NMP作为溶剂的浆料。

其中石墨烯某种程度作为导电剂,研究表明石墨烯还需要在纳米LMO颗粒的表面构成一层厚的界面膜结构,从而明显的提高LMO材料的界面稳定性,增加Mn元素的沉淀。在利用超声波集中后,将浆料填充物在Al箔的表面,经过潮湿后,LMO不会与石墨烯片构成平稳、高密度和均匀分布的电极层。

最后将电极在285℃下提纯3h取得无粘接剂电极,电极的活性物质含量为90wt%,导电剂的含量为10wt%。SEM研究表明,该方法很好的诱导了纳米颗粒的一家人,石墨烯片也均匀分布的集中在电极之中,高分辨率TEM表明,在LMO颗粒的表面也外壳了一层石墨烯。该电极的电化学性能测试结果如下图右图,图a为扣式电池充放电数据,无论是电池还是静电,电池皆呈现了4.0V和4.1V两个电压平台。

图b是电池的dQ/dV曲线,从图上我们可以看见充放电峰仅有差距10mV,指出电池的极化较小,具备较好的反应动力学特性。从图c和图d我们可以看见比起于没经过石墨烯处置的LMO材料,石墨烯外壳后明显的提高了LMO材料循环性能,在半电池中循环350次容量维持率为95%,对照组仅有为80%。在石墨负极的全电池中,石墨烯外壳后的LMO材料具备完全与半电池完全相同的循环性能,但是对照组的电池循环250次后,容量衰降就多达了35%。这指出石墨烯外壳层很好的平稳了LMO/电解液界面,增加了Mn的沉淀,提升了电池的循环性能。

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