成果简介
本文，深圳大学符显珠教授团队在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Roll-to-Roll Scale Fabrication of High-Performance Graphene-Assembled Film Cathode Current Collectors for Lithium-Ion Batteries”的论文，研究采用卷对卷工艺大规模制造了石墨烯组装薄膜（GF）碳集流体，以提高锂离子电池的性能。所制备的石墨烯集流体具有大晶粒（61.18 nm）、高三维（3D）有序度（90.6% AB Bernal 堆积）和良好的层间排列，因此具有出色的轻质（1.57 mg cm-2）、优异的热导率（1531.7 W m-1 K-1）、高电导率（1.09 × 106 S m-1）、优异的柔韧性（30 000 次弯曲）和阻燃性。
用GF替代电池中的铝集流器后，磷酸铁锂阴极的比能量提高了 50.7%，非活性成分的质量也减轻了。装有 GF 集流体的电池还能通过降低界面接触电阻和快速散发高电流密度充放电过程中产生的热量，明显提高电池的速率和循环能力。这种可扩展地制造超轻型GF集流器的新策略具有巨大的实际应用潜力，可提供更可靠、更高倍率能力和比能量的电池。
图文导读
图1.GF卷对卷规模制造工艺示意图，附样品照片（底部）和石墨化过程中从GOF到GF的结构变化示意图（中）
图2：（a）GOF、GF-C 和 GF-A 的 XPS 光谱和（b）拉曼光谱。(c) 洛伦兹拟合 GF-C 和 GF-A 的拉曼 G′峰。(d) GOF、GF-C 和 GF-A 的 XRD 光谱。
图 3. 机械压制工艺前（a）和后（b）GF-A 的表面形貌图像。机械压制过程之前（c）和之后（d）GF-A 的 SEM 截面图像。
图4.（a） GFs、石墨膜和铝箔的面密度和导热系数比较。（b） GFs、铝箔和铜箔的红外热图像。（c） 电导率和GF厚度的统计数字。（d） 集电器不同弯曲周期后的照片。
图5.（a） 铝箔和 （b） GF 集流体的燃烧测试
图6.（a） 具有不同集流体的LFP电极在0.1C（1C = 170 mA g–1).（b） 不同速率下LFP/Al和LFP/GF电极的倍率能力。（c） LFP/Al和LFP/GF电极面密度的分布。（d） 根据活性材料和满电极的重量比较LFP/Al和LFP/GF电极的能量密度。不同速率下LFP/Al（e）和LFP/GF（f）电极的充电/放电曲线。
图7.（a）LFP/Al和（b）LFP/GF的横截面SEM图像。（c） 不同集电极上LFP阴极的电化学阻抗谱分析。（d） 不同速率下LFP电极的循环能力。
小结
综上所述，开发了一种经济型卷对卷尺度工艺的实用方法，用于快速大规模制造超轻GF作为LIB的集流体。与以往报道的常规方法制备的同源石墨材料相比，得到的GF具有较大的微晶（61.18 nm）、高度的3D有序（90.6%AB Bernal堆叠）和良好的层间取向，使GF集流体具有极低的面密度（1.57 mg cm–2）、出色的柔韧性（30000 次弯曲）、出色的散热 （1531.7 W m–1K–1）和高导电性（1.09 × 106S m–1).对于用超轻GF替代铝箔作为电池中的新型集流体的研究。
文献：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c03939
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