同济大学《JES》：石墨烯-碳纳米管网络复合材料，用于锂离子半/全电池

成果简介

本文，同济大学杨正龙教授团队等在《Journal of Energy Storage》期刊发表名为“High reversible capacity silicon anode by segregated graphene-carbon nanotube networks for lithium ion half/full batteries”的论文，研究提出一种简单的策略，通过在水中混合自组装多孔硅、碳纳米管和氧化石墨烯来合成多孔硅微球限制分离石墨烯-碳纳米管网络复合材料 (pSi/HCNT/rGO )。

碳纳米管可以将不同的次级粒子相互连接，使整个电极更加导电和坚固。石墨烯-碳纳米管网络具有以下作用：

(I) 限制 pSi 的体积变化，增强锂存储过程中的结构稳定性；

(II)避免多孔硅微球的局部锂化反应，提高Li+/e -的传输在电极中。

这些特性使 pSi/HCNT/rGO 阳极具有优异的可逆容量、高初始库仑效率 (ICE) 的强循环可逆性和循环稳定性。此外，我们展示了一种使用 LiFePO 4 (LFP) 作为正极和 pSi/HCNT/rGO 作为负极的完整电池，其在0.1和3C时分别提供高达173和87mAhg-1的高容量。这项工作为制备高性能硅基阳极提供了新的视角。

图文导读

图1。pSi/HCNT/rGO的形成过程示意图。

图2。(a) Al 80 Si 20和 pSi，(b, c) pSi/HCNT/rGO的SEM图像。(d-f) TEM 图像和 (g) pSi/HCNT/rGO 的 HAADF-STEM 映射。

图3.(a) pSi/HCNT/rGO的CV曲线。(b) pSi、pSi/rGO 和 pSi/HCNT/rGO 的EIS光谱。(c) pSi 和 pSi/HCNT/rGO 的 ICE。(e) pSi/HCNT/rGO在不同循环下的EIS光谱。(d) pSi、pSi/HCNT、pSi/rGO 和 pSi/HCNT/rGO 的循环性能和 (f) 额定性能。(g) pSi/HCNT/rGO 的电压曲线和 (h) 循环性能。

图4.(a) 示意图，(b) 电压曲线 (1st = 0.1 C, 10-30th = 0.2 C)，(c, d) 倍率性能和相应的电压曲线，以及 (e) LFP 在 1 C 下的循环性能| |pSi/HCNT/rGO。

图5.（a-c）mSi、（d-f）pSi和（g-i）pSi/HCNT/rGO在半电池中以0.2Ag-1循环50次前后的表面形态。(j) pSi/HCNT/rGO的锂存储机制说明。

小结

石墨烯和碳纳米管的协同效应，再加上硅颗粒的内部空隙，提供了有希望的电化学性能。这种简便的结构策略将为高性能LIB中有效硅阳极的设计提供有力的参考。

文献：https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105767