NEC锂电池新式石墨烯-锂电池：曩昔两年的研讨

新式石墨烯-锂电池：曩昔两年的研讨

根据机理研讨，氧化进程中金属向GO片上释放的电子驱动复原反响。关于GO的电化学复原机制存在争议。虽然一些专家以为环氧基团是锂存储的首要方位，但大多数研讨者以为C-O双键才是。无论如何，作为阴极资料的GO的电化学功能首要受其氧浓度影响[70]。图5显示了一个锂离子-GO电池的示意图。

4.1 微波辅佐的GO-Li电池

经过层层自拼装成功制备了中空纳米结构的复原氧化石墨烯。利用构成部分之间的范德华力和静电相互效果开发了聚苯乙烯（PS）/GO核壳纳米结构。PS/GO核壳经过微波处理，具有八层重复的GO。测量了微波辐射复原氧化石墨烯空心球体（MrGO-HS）的锂储存功能。正如预测的那样，空心球体的结构与传统复原氧化石墨烯比较，显示出安稳的循环和速度功能，并且进步了电荷搬运功率。此外，MrGO-HS还表现出结构优势和增强的伪电容行为。能够预期，下一代锂电池的阳极将显示出与伪电容效应相关的改善速度功能[71]。

为了制备锗（Ge/GeO2/石墨烯）合金，每个胶体进程后都进行了微波辅佐组成。经过放电/充电测验评价了样品的锂存储容量。在第一次放电循环中，裸露的Ge/GeO2纳米粒子的放电容量相对较高，但在随后的循环中迅速下降。但是，Ge/GeO2/石墨烯化合物显示出更好的循环安稳性[72]。

4.2 根据纳米粒子的GO-Li电池

梅等人有效地开发了原位络合、聚合和硫化处理办法，并制备了锡（II）硫化物（SnS）化合物。经过多巴胺（PDA）发生的碳物种，SnS纳米粒子（NPs）与GO纳米片紧密连接。在重复的锂化/去锂化操作中，SnS复合资料中的GO和掺氮碳片或许溶解Li2S，避免Sn粗化，并缓冲SnS体积的改动。掺杂了GO和N的碳具有很强的导电性，也能够加速整个放电和充电操作期间的电子和Li离子传输[73]。

在锂离子电池和钠离子电池的负极中，锗及其氧化物、氮化物和磷化物已被研讨作为活性电极资料。经过使用高溶解性的GeO2水基悬浮液彻底沉淀在GO上的GeO2纳米粒子，然后将其在低温下进一步热处理，创建了GeO2-rGO混合资料。在这项工作中，初次创造了具有不同形状的双无机Ge化合物。该复合资料在150个周期内表现出了优异的安稳性，其充电容量丢失分别为<17%和<23%。因为GeO2电极在低Ge负载下没有显示出更多的耐久性，因而低负载负极的更大耐久功能够归因于rGO的均匀纳米颗粒涂层与其更大的比接触面积更好的附着力[74]。

在最近的一项研讨中，Cong及其搭档描绘了根据硅纳米粒子@氮掺杂复原氧化石墨烯/碳纳米纤维（CNF）（Si@N掺杂rGO/CNF）的自拼装复合资料的生产进程。由Si、N掺杂rGO以及CNF制成的3D浸渍结构有效地缓冲了Si体积的改动，建立了固体电解质界面，并减少了Li+和电子的传输距离，同时为电极供给了更高的导电性和机械安稳性[75]。

经过一种简单且可扩展的办法制备了由硅纳米粒子（SiNPs）包裹在精美的氮化硅（Si3N4）层内，并包含复原氧化石墨烯壳（Si@Si3N4@rGO）的新式复合资料。与裸露的SiNPs比较，该复合资料显示出更好的循环安稳性和速率才能。15-Si@Si3N4@rGO的电化学功率的进步归因于氮化硅和复原氧化石墨烯壳的有利影响的特殊协同效果，其间氮化硅缓解了硅在充电/放电进程中体积改动的严重问题，而复原氧化石墨烯供给了优异的电子导电通道。Si@Si3N4@rGO复合资料因其高功能的锂离子电池负极资料而显得十分风趣[76]。

4.3 根据过渡金属的氧化石墨烯-锂电池

经过简单但可扩展的球磨组成办法成功制备了rGO/Co氧化物（rGO/Co3O4）和rGO/铁氧化物（rGO/Fe2O3）复合阳极资料。Fe2O3和Co3O4与rGO基体之间的要害相互效果增强了电子导电性，并约束了rGO/Fe2O3和rGO/Co3O4复合资料在循环进程中的体积改动，因为rGO协助金属氧化物更有效地扩散Li离子，然后实现高比容量。作为锂离子电池的阳极资料，rGO/Fe2O3和rGO/Co3O4复合资料具有出色的全体电化学功能。因为其更好的电化学效果、优异的容量和低成本，球磨的rGO/Fe2O3和rGO/Co3O4复合资料将是锂离子电池的最佳阳极资料[77]。

开发了一种新的水热法制备的CoIn2S4/rGO复合负极资料，经过增加电子导电性的rGO作为缓冲层来避免CoIn2S4在锂化和去锂化进程中多硫化物的溶解，以应对过大的体积胀大。研讨结果表明，CoIn2S4/rGO复合负极是一种适合锂离子电池的负极资料[78]。

化学共沉淀法随后进行煅烧程序成功制备了K 0.25 V 2 O 5 （KVO）和K 0.25 V 2 O 5 /GO（KVO/GO）。使用饱满LiNO 3 作为电解液，饱满LiMn 2 O 4 作为阴极，以及获得的钒酸盐或由GO资料改动的钒酸盐作为阳极，构建了一个水性可重复充电锂离子电池（ARLB）。在KVO和KVO/GO电极的循环伏安曲线中，能够看到三个与充放电平台匹配的氧化复原峰。研讨发现，少数GO的增加比过多GO的增加更能进步电化学活性[79]。

4.4 硫辅佐的氧化石墨烯-锂电池

因为其卓越的能量密度和进步的比容量，锂硫（Li-S）电池在下一代高密度二次电池系统中显示出相当大的使用前景。为了进步锂硫电池的电化学功能，经过低能耗微波辅佐水热工艺快速有效地制备了钴二硫化物/复原氧化石墨烯（CoS2/rGO）杂化物，并将其用作商业聚丙烯隔阂的功能性中间层。多孔感应型rGO或许经过作为物理屏障和第二个电流收集器来减少多硫化物的络绎机制，并实现快速的电子/离子搬运。均匀涣散在rGO上的极性CoS2纳米粒子能够收集多硫化物，供给强的化学吸附。带有CoS2/rGO功能性隔阂的锂硫电池显示出增强的转换动力学，以及因为对多硫化物的化学和物理约束的协同效果而发生的出色的电化学特性，包括进步的循环初始容量、优异的速率才能和长期循环安稳性[80]。