成果简介
本文，武汉科技大学周盈科教授团队在《Diamond and Related Materials》期刊发表名为“Freeze-casting preparation of three-dimensional directional porous LiFePO4-graphene composite aerogel for lithium-ion battery”的论文，研究采用定向冷冻法成功合成了一种定向多孔三维LiFePO4石墨烯复合气凝胶，并将其作为锂离子电池的正极材料。定向冷冻装置中开发的冰晶模板形成了三维有序的多孔结构，可以为电子和锂离子提供丰富的扩散和传输通道，增强了锂离子的插入动力学。
引入的石墨烯片均匀地嵌入到LiFePO4颗粒形成的三维多孔骨架中，与LiFePO4颗粒紧密接触，从而加速了复合材料的电子转移。随着石墨烯含量的增加，复合材料的比表面积增大，可以为锂离子的插层提供更多的活性位点，增强电解质/电极的接触面积，从而提高复合材料的储能能力。优化的定向多孔LFP-G复合材料表现出高的比放电容量（0.1C时为168.2 mAh g-1），卓越的速率能力（1和20C时为154.8和72.4 mAh g-1）和出色的循环稳定性（1C时800次循环的98.1%保持率）。定向冷冻策略为实现高性能锂离子电池的优良电极材料提供了一种新的方法。
图文导读
图1、定向多孔三维LiFePO4石墨烯复合气凝胶制备流程
图2.具有各种石墨烯含量的LFP-G复合材料的XRD图谱。
图3、显示了制备的LFP-G1%，LFP-G5%和LFP-G10%复合材料的SEM图像
图4、LFP-G复合材料的电化学性能
图5、多孔LFP-G复合材料的反应动力学，进行了电化学阻抗（EIS）和循环伏安（CV）测量。
图6. LFP-G复合材料的电子传输和Li扩散的机制
小结
采用定向冷冻法成功合成了三维定向多孔LiFePO4石墨烯复合气凝胶，并全面研究了石墨烯含量对其微观结构和电化学性能的影响。FP-G10%的复合气凝胶表现出最高的比放电容量、优异的循环稳定性和速率性能。随着石墨烯含量的增加，有序孔的尺寸变小，孔壁变厚。小孔和厚壁可以更好地保持复合材料在充电/放电过程中的结构稳定性。石墨烯含量的增加也增加了LFP-G复合气凝胶的比表面积和电极/电解质的接触面积，为锂离子提供了更多的活性位点和迁移路径，这有助于提高LFP-G复合气凝胶的速率能力和比容量。定向多孔的磷酸铁锂-石墨烯复合气凝胶是一种潜在的动力型锂离子电池的正极材料。
文献：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110074
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