华南理工大学《AFM》：废旧锂离子电池合成多孔石墨烯纳米片，用于高性能钠离子电池负极

成果简介

从废旧锂离子电池（LIBs）中提取废石墨及其衍生物进行多用途开发，是促进废旧锂离子电池环保和回收利用的有效途径。钠离子电池（SIB）是锂离子电池的替代品，这主要是因为钠离子电池的电化学机理与锂离子电池相似，而且钠的天然资源丰富。

本文，华南理工大学徐建铁教授团队在《Advanced Functional Materials》期刊发表名为“Ball-Milling Synthesis of Richly Oxygenated Graphene-Like Nanoplatelets from used Lithium Ion Batteries and Its Application for High Performance Sodium Ion Battery Anode”的论文，研究通过在H2O流动气体下对废旧锂离子电池中的锂化废石墨（Li/Gw）进行退火，然后在去离子水中进行锂浸出，制备出具有明确多孔结构的孔状废石墨（hGw）。利用hGw 的多孔结构，通过机械压球合成了具有超高边缘接枝氧基团（约37.8 at%）的多孔石墨烯纳米片（hGnw）。作为 SIB 的阳极，hGnw具有出色的钠离子存储特性，初始库仑效率高达 82.4%，可逆容量高（例如，0.03 Ag-1 时为 416.1 mAh g-1），速率能力出色（例如，2 Ag-1 时为 153.3 mAh g-1），并且具有长期循环稳定性（例如，1.5 A g-1 时循环 400 次后为 152.7 mAhg-1）。

图文导读

图1、产品的回收途径和形态

图2、hGnw、Gns 和Gnf 的结构特征

图3、hGnw、Gns和Gnf的电化学测量

图4、hGnw、Gns和Gnf的钠离子储存机制

图5.不同含氧官能团对 Na 吸附的作用。Na 在不同双层石墨烯模型上最稳定构型的俯视图和侧视图

小结

总之，对不同类型的石墨进行机械球磨可以生成具有不同边缘化学性质的石墨烯纳米片。通过对具有明确多孔结构的hGw进行机械球磨，合成了具有超高边缘接枝氧基团（≈37.8 at%）的hGnw。hGw是通过在H2O流动气体下对使用过的 LIB 中的Li/Gw进行退火，然后在去离子水中浸出 Li 而生成的。作为 SIB 的阳极，hGnw具有出色的钠离子存储特性，初始 CE 高达 82.4%，可逆容量高（0.03Ag-1 时为 416.1mAh g-1），速率能力出色（2 Ag-1时为153.3 mAh g-1），并且具有长期循环稳定性（1.5Ag-1 时循环400次后为 152.7 mAhg-1）。出色的Na储存性能归功于hGn+w具有较大的可触及表面积、边缘富含含氧基团作为额外的活性位点，以及石墨层之间的层间距离增大，有利于 Na 的快速扩散和更多储存。正如预期的那样，这项工作不仅提供了从废旧 LIB 及其衍生物到高性能 SIB 的石墨负极，而且还为废旧电极材料及其衍生物在未来的多功能应用展示了新的机遇。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202314160