集流體是可充電鋰離子電池（LIBs）的重要組成部分，它是內(nèi)外電路的橋梁。盡管正負(fù)極電極材料千變?nèi)f化，Al箔和Cu箔由于具有高導(dǎo)電性，適當(dāng)電化學(xué)穩(wěn)定性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在LIBs中依然分別是最受歡迎的正極和負(fù)極集流體。然而，Al箔在長期的循環(huán)過程中，易受到局部電化學(xué)陽極腐蝕，造成電阻增加、短路和寄生副反應(yīng)等。為解決這個(gè)問題，研究人員利用石墨烯薄膜作為導(dǎo)電涂層和界面隔離層提高鋁箔的抗電化學(xué)腐蝕性能。通過等離子體化學(xué)氣相沉積法在商業(yè)集流體用的鋁箔上直接生長多層的石墨烯膜，利用與鋁箔緊密貼合的多層石墨烯薄膜具有離子/分子不通透性，可以有效阻止陽極極化產(chǎn)生的Al3+和電解液中的陰離子、溶劑分子等配位絡(luò)合。因此，石墨烯包覆鋁箔可以顯著提高其抗電化學(xué)腐蝕性。

    近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授和劉忠范院士（共同通訊作者）研究小組用低溫生長的石墨烯薄膜包覆鋁箔增強(qiáng)了其在LiPF6和LiTFSI電解液中的抗腐蝕性。此外，相比初始的鋁箔（LMO/PA），LiMn2O4電池使用石墨烯包覆鋁箔作為集流體（LMO/GA）顯示出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。LMO/GA的長期放電容量保持率，在950h后，依然能達(dá)到初始的91%，明顯高于LMO/PA 電池的75%，且自放電率更低。該研究成果以“Graphene-Armored Aluminum Foil with Enhanced Anticorrosion Performance as Current Collectors for Lithium-Ion Battery”為題發(fā)表在Adv. Mater.上。

    圖1.石墨烯包覆鋁箔集流體的抗電化學(xué)腐蝕的示意圖

    圖2. 通過PECVD法制備石墨烯包覆鋁箔的合成與表征

    （a）  所合成GA的實(shí)物照片；

    （b）  GA的拉曼譜；

    （c）  GA中C1s的XPS；

    （d）  GA的截面透射電鏡圖；

    （e） GA的元素分布圖；

    （f）所制多層石墨烯的低倍透射電鏡圖；插圖多層石墨烯的高倍透射電鏡圖，比例尺為5nm。

    圖3. GA提高抗電化學(xué)腐蝕性能

    （a）  GA在LPF6電解液中的CV曲線；

    （b）  PA在LPF6電解液中的CV曲線；

    （c）  CV測試后，GA的掃描電鏡圖；

    （d）  PA測試后，GA的掃描電鏡圖，插圖的比例尺為2μm。

    圖4. GA集流體提高電池電化學(xué)性能

    （a）  LMO/PA 和 LMO/GA 電池的長時(shí)間低倍率循環(huán)性能，實(shí)心和圓圈分別是Ccha 和 Cdis；

    （b）  LMO/PA 和LMO/GA電池的自放電曲線；

    （c）  LMO/PA 和LMO/GA電池的倍率/功率性能；

    （d）  LMO/PA 和LMO/GA電池的充放電曲線，實(shí)線和圓圈分別是LMO/PA 和LMO/GA電池；

    （e）  LMO/PA 和LMO/GA電池的電化學(xué)阻抗分析。

    【小結(jié)】

    研究人員充分利用對(duì)離子分子不通透的石墨烯薄膜，在低溫條件下直接在鋁箔表面生長多層石墨烯薄膜，可以提高集流體在LiPF6和酰亞胺基電解液中的抗腐蝕性。同時(shí)，研究者的研究表明 LiMn2O4電池用石墨烯包覆鋁箔作為集流體擁有優(yōu)越的電化學(xué)性能，包括更好的長期循環(huán)性和倍率性能，并且改善了自放電性能。這也為未來5V 高壓鋰離子電池的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

    文獻(xiàn)鏈接：Graphene-Armored Aluminum Foil with Enhanced Anticorrosion Performance as Current Collectors for Lithium-Ion Battery（Adv. Mater.，2017，DOI: 10.1002/adma.201703882）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：王元

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414