成果简介
对锂离子电池（LIB）高能量密度和高倍率性能的需求日益增长，推动了包括电化学不活泼元件在内的所有电池元件的发展。本文，深圳大学符显珠 教授等研究人员在《Journal of Power Sources》期刊发表名为“Facile electrodeposition of copper layers on graphene film as high performance current collector for lithium-ion batteries”的论文，研究通过电镀法制备了铜镀层石墨烯薄膜（GF@Cu），作为一种复合集流体，它具有低密度（3.44 mg cm-2）、高导电率（3.25*107 S m-1）、优异的热导率（836.20 W m-1K-1）。在锂离子电池中用这种轻质 GF@Cu 取代铜集流器后，石墨负极在 1C 时的重量容量提高了 246.01%。装有 GF@Cu 集流体的锂离子电池还能通过降低界面接触电阻、提高导电性和导热性，明显改善高电流密度充放电过程中的速率和循环性能。
图文导读
图1.GF@Cu薄膜制造工艺示意图。
图2. (a) GF 表面形貌的扫描电镜图像。(b) GF@Cu 表面形貌的扫描电镜图像。(c) GF@Cu 薄膜的横截面图像（FIB）。(d) 铜箔表面形态图像。(e) 原始 GF 的数码照片。(f) 82 mm*50 mm GF@Cu 薄膜的数码照片
图3. (a) 铜箔和 GF@Cu 的 XRD 分析。(b) GF、GF@Cu 和铜箔的面积密度和厚度比较。(c) GF、GF@Cu 和铜箔的导电率比较。(d) GF@Cu 和铜箔的红外热图像。(e) GF、GF@Cu 的抗拉强度。(f) 显示 GF@Cu CC 与镍片或其他 GF@Cu 焊接过程的数码相机照片。
图4. (a) 铜箔和 (b) GF@Cu 集流体的燃烧测试。
图5。（a） Cu/Gr、GF/Gr和GF@Cu/0.1C下的Gr电极。（b）Cu/Gr、GF/Gr和GF@Cu/Gr电极在1C。（c） Cu/Gr、GF/Gr和GF@Cu/Gr电极。（d） Cu/Gr、GF/Gr和GF@Cu/Gr电极，基于0.1C和1C下的活性材料和整个电极的质量。
图6. (a) 不同电流密度下 Cu/Gr、GF/Gr 和 GF@Cu/Gr 电极的速率性能。Cu/Gr (b)、GF/Gr (c) 和 GF@Cu/Gr (d) 电极在不同电流密度下的充放电曲线。(e) 不同 CC 上石墨阳极的 EIS 分析。插图分别为高频和等效的放大 EIS 曲线。(f) 石墨电极在 0.5C 下的循环性能。
小结
本研究开发了一种简便的电镀方法，用于快速制造轻质 GF@Cu，作为高性能 LIB 的集流体。与之前报道的物理气相沉积和无电解电镀制备复合电流收集器的方法相比，该方法具有经济高效和准工业化的特点。制备的GF@Cu集电体每面均有 1μm 的铜层，同时具有低密度（3.44mg cm-2）、高导电率（3.25*107S m-1）、优异的热导率（836.20W m-1K-1）、粗糙的表面形貌和良好的可焊性。通过在锂离子电池中使用轻质 GF@Cu 取代商用铜箔作为新型集流体，GF@Cu/Gr 电极在高倍率下具有高导电性/导热性和低界面接触电阻，因此显示出非凡的倍率和循环性能（5C时为 67.9mAh g-1，提高了 212.90%，0.5 C 时循环 100 次后比容量保持率为 98.70%）。此外，配备了这种轻质 GF@Cu 集流片的电池在 1C 下可实现 246.01 % 的重力容量增长。这种新型轻质 GF@Cu 集流体的制造方法为实际应用带来了巨大的前景，可提供具有良好速率性能的高能量密度电池。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233680
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