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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《 ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Highly Reduced Graphene Assembly Film as Current Collector for Lithium Ion Batteries”的论文，研究报告了大尺寸（120 mm × 120 mm）石墨烯组装薄膜 (GAF)， 具有高结晶度、导电性 ((2.30 ± 0.06) × 10 5S m –1 ) 和超轻重量 (3.18 mg cm –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4 mAh cm –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。
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图文导读
图 1. (a) GAF 制造过程示意图。(b) 高温工艺还原的 120 mm × 120 mm GAF 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) LiFePO 4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 LiFePO 4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) LiFePO 4 /GAF 和 LiFePO 4 /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 0.1 C 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。
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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：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c02414
通讯作者介绍
木士春，武汉理工大学首席教授
长期致力于碳基纳米材料、质子交换膜燃电池和电解水催化剂的应用基础研究。目前，以第一作者或通讯作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy. Environ. Sci.、Adv, Energy. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、ACS Nano、Nano Energy、ACS Catal.、ACS Energy Lett.等国内外权威期刊上发表200余篇高质量SCI学术论文，论文他引1万余次。申请国家发明专利102件，其中授权84件。
何大平，武汉理工大学教授，英国皇家学会牛顿学者，湖北省楚天学子，湖北省青年英才
研究方向为纳米复合材料的制备与应用，特别是新型石墨烯材料的合成与结构调控、贵金属纳米材料的界面设计、以及贵金属与石墨烯复合型材料在新能源设备、传感器、射频微波领域的应用。目前已在Nat. Commun., J.Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际知名期刊上发表学术论文80余篇，论文他引次数为2400余次，申请国家发明专利19件。
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