上海交大：石墨烯硅混合纤维，用于高性能锂离子电池

成果简介

高容量硅 (Si) 被公认为高性能锂离子电池 (LIB) 的潜在负极材料。但是，放电/充电过程中的大体积膨胀阻碍了其面积容量。 本文，上海交通大学微纳米科学技术研究院张亚非教授课题组在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊 发表名为“Binder-Free, Flexible, and Self-Standing Non-Woven Fabric Anodes Based on Graphene/Si Hybrid Fibers for High-Performance Li-Ion Batteries”的论文， 研究设计了一个柔性石墨烯纤维织物（GFF）为基础的三维导电网络，形成无粘合剂且自支撑的高性能锂离子电池的硅负极。

Si 颗粒被牢固地包裹在石墨烯纤维。起皱引起的大量空隙石墨烯在纤维中能够有效地适应锂化/脱锂过程中硅的体积变化。GFF/Si-37.5% 电极在 100 次循环后在0.4 mA cm –2的电流密度下表现出优异的循环性能，比容量为 920 mA hg –1。此外，GFF/Si-29.1% 电极在 400 次循环后在0.4 mA cm –2的电流密度下表现出 580 mA 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 13.75 mg cm –2的 GFF/Si-37.5% 电极实现了 14.3 mA h cm –2的高面积容量，其性能优于报道的自支撑 Si 阳极。这项工作为实现用于高能 LIB 的无粘合剂、柔性和自立式 Si 阳极提供了机会。

图文导读

图 1. (a) 自立式 GFF/Si - X电极制造过程示意图。（b）醋酸溶剂中的 GOF/Si、（c）GOFF/Si 和（d）GFF/Si- X 的数码照片，揭示了其柔韧性。(e) GFF/Si-37.5% 电极冲压成面积为 1.12 cm 2 的小圆盘。

图 2. (a) GFF/Si-37.5% 低倍率的 SEM 图像和 (b) 部分放大的 SEM 图像，揭示了两个独立的纤维在两者相遇的点合并为一个。(c,d) GFF/Si-37.5% 表面和横截面的 SEM 图像。

图 3. GFF/Si- X电极在 0.4 mA cm –2电流密度下的电化学特性；所有比容量均以自立式电极的总质量为基础计算。(a) 第一次循环充电/放电电压曲线。(b) ICE 的比较分析。(c) 循环性能比较。(d) GFF/Si-37.5% 电极在 0.2 mV s –1扫描速率下的CV 测量值。(e) GFF/Si-37.5% 的倍率性能。(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 电极的循环性能比较

图 5. GFF/Si-HI、GFF/Si-37.5% 和 GFF/Si-800 C 的成分分析：(a) XRD 图，(b) 拉曼光谱，(c) GFF/Si-的 TGA 曲线N 2气氛中的HI ，和 (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 图案。GFF/Si-37.5% 电极在 100 次放电/充电循环后的形态研究：(c,d) 锂化/脱锂后低倍和高倍率的 SEM 图像；插图是循环后 GFF/Si-37.5% 电极的数码照片；(e,f) TEM 和 HRTEM 图像；插图是低倍放大的 SAED 图像；(g) 元素映射。

小结

在这项研究中，基于 GFF 的 3D 导电网络被设计用于无粘合剂和自立式 Si 阳极。GFF 结构在放电/充电循环期间成功地抑制了 Si 的体积膨胀。提出了一种新策略，用于制造用于高性能 LIB 的无粘合剂、柔性和自立式 Si 阳极。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c04277

bachier(站内联系TA)不是个笑话，SEM表征石墨烯的也不少，我也不做石墨烯，我们这一堆人做，他们都用SEM。石墨烯是导电的材料，不用喷金fansire(站内联系TA)喷了也没关系吧，我记得实验室的石墨烯SEM也是喷了金的xiejf(站内联系TA)导电性好，不要喷金。喷了反而会影响表征的准确度wulishi8(站内联系TA)石墨烯是导电的，不需要喷金。

不喷也行,看得还行,GO和RGO的导电性够了神魔流转(站内联系TA)GO 和石墨烯做SEM都是不必要的，AFM和TEM有用，但SEM是真心没用，除了做负载或特定形貌时可能需要观察下。jiji188(站内联系TA)不喷也行，我们实验室一般都是滴在ITO上直接照SEM的，效果还行。梦日边(站内联系TA)我做的表征时喷金了，看了还挺清楚，没试过不喷金zmcai(站内联系TA)你的SEM是不是有问题，我们一般是放在硅片上，硅片是半导体，有导电能里，但是你用二氧化硅行么？我们一般都是直接涂在做SEM的硅片上拍电极，不用喷金也可以。如果你喷金了，导电性会好些，但是如果没控制好，可能会看到大颗粒的金，也是会影响表征的。zhouzhixin(站内联系TA)不需要喷金的，直接滴到硅片上的，这个主要还得看你的石墨烯粒径大小，太小的话看不出来什么有用的信息fluoro(站内联系TA)我们表征石墨都不喷，效果还挺清晰的苏惜不若(站内联系TA)不用喷金的，导电性很好的。yjiaahedu(站内联系TA)SEM可以表征，也不需要蒸金，若观察到褶皱的话，说明层数较少，但是无法确定是石墨烯还是石墨片，需要HRTEM和拉曼光谱（波数50-3000）:Dyy秋水(站内联系TA)哈哈，不用喷金，只要你的基底能够导电就可以了，如果在二氧化硅基底上，SEM的图是黑色的，不过放大以后还是能看到一些细节的威威号(站内联系TA)不用喷金，把石墨烯用水分散，足够稀（几乎看不到颜色），超声。

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