鋰枝晶鍍層的存在會導致低的倍率性能和安全性問題，嚴重限制了石墨基負極在鋰存儲中的進一步應用。在這里，本文報道了一種由高度有序的石墨烯陣列以實現的高性能、無枝晶負極。這種合理設計的負極由周期性排列的石墨烯薄片和層間堆積的碳納米點組成。在6 C的高電流密度下，這種合成負極的比容量為64.5 mAh g
−1，比商業石墨負極高出4.5倍。更重要的是，即使在過度鋰化之后，所得的負極也表現出無鋰枝晶行為，表明其快速的鋰離子傳輸動力學和高結構穩定性。當前的工作為電極材料提供了一種簡單有效的策略，可用于快速充電和安全的LIBs，以用于實際應用。
Fig. 1. CG與AGA-C比較的結構示意圖。(a, b)在CG電極和AGA-C電極上過度鍍鋰示意圖。(c, d)在1 mA cm
-2電流密度下，在(c)CG電極和(d)AGA-C電極中鋰離子濃度的模擬結果。在這里，(c和d)表示鋰離子濃度，白線表示石墨烯薄片，黑線表示離子通量流線。
Fig. 2. CG、PG、AGA-C的相結構分析。(a)樣品的XRD譜圖。(002)峰的半峰寬(FWHM)被標記出來，刻度條顯示峰的強度。(b)樣品的拉曼光譜，標記d波段與g波段的強度比。
Fig. 3. AGA-C電極的形貌表征。(a, b)制備的AGA-C電極的俯視SEM圖像。(a)的插圖為電極片對應的數碼照片。(c) AGA-C的截面視圖SEM圖像。(d) AGA-C電極以1C的倍率充放電500次后的SEM俯視SEM圖像。(e) AGA的HRTEM圖像。(f) AGA的SAED模式圖。(g) AGA-C的TEM圖像，插圖圖是沉積的碳納米點的尺寸分布。(h)碳納米點的HRTEM圖像。
Fig. 4. (a-d)模擬了1、2、4、6 mA cm
-2不同電流密度下(a-c) AGA-C和(d) CG電極中的鋰離子濃度。對不同排列角度的AGA-C電極進行了研究，分別為(a) 90°、(b) 45°和(c) 10°。
Fig. 5. 不同條件下Li||CG電池和Li||AGA-C電池的過鋰化測量結果，插圖為對應電極的數碼照片。（a-j）不同電流密度(1~5 mA cm
-2)和不同容量(1~5 mA cm
-2)下過鋰化實驗CG（a,c,e,g,i）和AGA-C電極（b,d,f,h,j）的SEM圖像。
Fig. 6. AGA-C與CG的電化學性能對比。(a) Li||AGA-C和Li||CG半電池1個周期前后的電化學阻抗Nyquist圖。插圖顯示了等效電路。(b) 0.1C的倍率時，AGA-C的GCD曲線。(c) CG和AGA-C的倍率性能測試圖。(d)將AGA-C電極的面積容量和電流密度與已發表的結果進行比較。(e) CG和AGA-C在不同質量載荷下倍率為1C時的長循環性能。
相關研究成果于2021年由上海科技大學劉巍課題組，發表在Energy Storage Materials(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.02.014)上。原文：Aligned graphene array anodes with dendrite-free behavior for high-performance Li-ion batteries。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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