北理工：石墨烯CNT複合材料氣凝膠支架用於快速可充電鋰金屬電池

成果簡介

鋰（Li）金屬負極因其比容量高、氧化還原電位低而受到學術界和工業界的廣泛關注。然而，失控的Li枝晶生長和低的庫侖效率（CE）嚴重阻礙了其實際應用，尤其是在快充領域。

近日，北京理工大學陳人傑教授，李麗副教授等研究人員在《Adv. Energy Mater》期刊

發表名為“From Flower-Like to Spherical Deposition： A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries”的論文，

北京理工大學陳人傑教

研究發現，兩組分相互約束，從而得到具有高比表面積、高孔隙率的微/奈米複合材料。在Cu箔上，GCNT主體可以誘導球形Li沉積，而不是花狀Li沉積，即使經過長時間的迴圈CE測試和LFP測試，複合Li負極仍然無枝晶和無裂紋。在標準的半電池測試中，GCNT氣凝膠電極在1 mA cm2的電流密度下可保持97。7%的高CE，迴圈430次。在容量為8mAh cm2時，對稱電池在8mA cm2的高電流密度下也表現出穩定的迴圈效能和低電壓滯後。此外，與LFP正極和NCM811在極配對的全電池都表現出令人印象深刻的倍率效能和長時間迴圈，同時可在大電流下保持超大容量。研究工作為3D導電碳體的設計提供了見解，並將促進用於高能量密度應用的快充鋰金屬電池的發展。

圖文導讀

圖1、GCNT 的製備過程和GCNT中鋰金屬沉積行為的示意圖。

圖2、a） SEM 影象，b） TEM 和 c） GCNT 的 HRTEM 影象，d） HAADF-STEM 影象和相應的 e） C對映和 f） GCNT 選定區域的O對映。g） GA 和GCNT的XRD圖案，h） GCNT 的 C 1s 的解卷積 XPS 光譜。i） GA 和 GCNT 的 FTIR 光譜。j） 氮吸附-解吸等溫線和 k） GCNT 的 DFT 孔徑分佈。l） 銅箔和GCNT氣凝膠電極的接觸角分析。

圖3、GCNT氣凝膠中鋰電鍍/剝離的形態演變。

圖4、a） 具有階躍電流密度和容量的原始銅箔和GCNT電極的CE測試。b） 在1mAh cm -2的容量下以 mA cm -2的電流密度進行CE測試的後續迴圈。

c）

在1

mAh

cm -2的電流密度的Cu，GA和GCNT氣凝膠電極的中CE試驗。d） 對稱電池在電流密度為 1、2、4、6、8 mA cm -2 下的電壓-時間曲線，每個鋰金屬電鍍/剝離週期為 1 小時。

圖6、a）

b）

Cu-Li和GCNT-Li陽極組裝的NCM811 全電池

LFP 的倍率效能和以各種測試倍率和隨後的長期迴圈效能測試。

c）

d）

LFP/Cu-Li 和NCM811/GCNT-Li 電池在倍率效能測試中的充放電曲線。

e）迴圈後LFP/Cu-Li和LFP/GCNT-Li電池的鋰離子擴散係數擬合影象。

研究透過簡單的一鍋水熱反應制備了一種石墨烯/CNT複合材料（GCNT）氣凝膠，用於快充電鋰金屬電池。

總之，透過簡單的一鍋水熱反應開發了一種用於快速充電鋰金屬電池的石墨烯/碳奈米管複合主體。

兩種組分都相互限制，可以獲得具有高表面積和高孔隙率的微/奈米結構複合材料

文獻：

https：//doi。org/10。1002/aenm。202102454