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

纸的纤维是由废旧纸屑（纸箱、纸卷、报纸、书纸等材料）经加工设备，加工成纤维状的成品。根据不同的用途与需要可以加工成不同的规格，废物合理利用既环保又有可观的附加值。纸纤维的颜色由材料的颜色构成。灰白色纸纤维一般是是由报纸、书纸、纸卷等材料加工而成的，姜黄色是由牛皮纸、纸箱材料加工而成等等。

最主要的区别是：SEM是通过反射的方式采集信号

TEM是通过透射的方式采集信号

1、样品属性大概必须都是固体，干燥、无油、尽量导电。TEM获得材料某个剖面的组织形态，sem获得的是材料表面或者是断面的组织形态。透射电镜不可以看表面形貌，而扫描电镜所观察的断面或者表面的组织形态可以间接表征材料的内部某个剖面的的组织形态。TEM分辨率高，可以观察原子晶格像，而扫描电镜分辨率低，最多只能表征由几十或者几百个原子形成的纳米相--可以叫做晶粒或者功能团。

2、扫描电镜制备简单，可直接观察样品表面或者断面；TEM样品制备复杂精细，材料必须用专用制样设备，制备成几个微米甚至100nm厚度的薄片

3、材料有里有面，全方位了解材料的微观组织结构需要从低倍到高倍的表征。

介孔Pt纤维。左起依次是场发射扫描式电子显微镜、高分辨率扫描式电子显微镜、透射电子显微镜拍摄的照片。

楼主看出用途的差别了吗？

照片a 只能用扫描看，不能用透射。照片b和c是照片a中的一个纤维，可以用扫描也可以用透射观察！有差别但很相似

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