化学电池研究论文

高容量硅(Si)被认为是高性能锂离子电池(LIB)的潜在阳极材料。然而，在放电/充电期间的大体积膨胀阻碍了其面积容量。在这篇论文中，张亚飞教授的研究小组发表了题为“用于高性能锂离子电池的基于石墨烯/硅杂化纤维的无粘合剂、柔性和自支撑的无纺布”，设计了基于柔性石墨烯纤维织物(GFF)的三维导电网络，以形成无粘合剂的自支撑高性能锂离子电池的硅负极。

Si颗粒被牢牢包裹在石墨烯纤维中。褶皱导致大量空洞的石墨烯可以有效适应硅在锂化/脱锂过程中的体积变化。GFF/Si-37.5%电极在0.4Ma cm–2的电流密度下经过100次循环后表现出优异的循环性能，比容量为920Ma Hg–1。此外，GFF/Si-29.1%电极在0.4Ma cm–2的电流密度下经过400次循环后，显示出580Ma Hg–1的优异可逆容量。GFF/Si-29.1%电极的容量保持率高达96.5%。更重要的是，质量负载为13.75mg·cm–2的GFF/Si-37.5%电极实现了14.3Ma·h·cm–2的高面积容量，其性能优于已报道的自支撑Si阳极。这项工作为实现高能LIB用无粘结剂、柔性、自支撑硅阳极提供了机会。

图形阅读指南

图1。(a)自支撑GFF/Si-X电极制造工艺示意图。(b) GOF/Si，(c)戈夫/Si和(d)GFF/Si- X在乙酸溶剂中的数字照片揭示了它们的柔韧性。(e)将GFF/Si-37.5%电极冲压成面积为1.12 cm 2的小圆盘。

图二。(a)GFF/Si-37.5%的低倍放大的SEM图像和(b)部分放大的SEM图像揭示了两个独立的纤维在它们相遇的点合并成一个。(c，d)GFF/Si-37.5%表面和横截面的SEM图像。

图3。电流密度为0.4ma·cm-2时GFF/Si-X电极的电化学特性:所有比容都是基于独立式电极的总质量计算的。(a)第一次循环的充电/放电电压曲线。(b)冰的比较分析。(c)循环性能的比较。(d)以0.2mv s–1的扫描速率测量GFF/Si-37.5%电极的CV。(e)GFF/Si的比率表现-37.5%。(f)具有不同阳极重量的GFF/Si-37.5%电极的面积容量。

图4。GFF/Si-Hi、GFF/Si-37.5%和GFF/Si-800 C电极循环性能的比较。

图5。GFF/Si-HI、GFF/Si-37.5%和GFF/Si-800 C的成分分析:(a) XRD图样，(b)拉曼光谱，(C)GFF/Si-HI在N 2气氛中的TGA曲线，(d) FT-IR光谱。

图6。(a，b) GFF/Si-37.5%电极在循环前后的拉曼光谱和XRD图。GFF/Si-37.5%电极在100次放电/充电循环后的形貌研究:(c，d)锂化/脱锂后的低功率和高功率SEM图像；图示为GFF/硅-37.5%电极循环后的数码照片。透射电子显微镜和HRTEM图像；插图是一个低放大倍数的SAED图像；(g)元素映射。

总结

在本研究中，基于GFF的三维导电网络被设计用于无粘合剂和独立式硅阳极。GFF结构成功地抑制了Si在充放电过程中的体积膨胀。提出了一种制备高性能锂离子电池无粘合剂、柔性、自支撑硅阳极的新方法。

文学:

https://doi . org/10.1021/ACS ami . 1c 04277