1成果简介
本文，南昌大学Gui-Ping Dai等研究人员在《ACS Applied Energy Materials》期刊发表名为“3D Graphene Nanoflake/Vertically Aligned Carbon Nanotube/CoAl Layered Double Oxide Composites for High-Performance Lithium-Ion Batteries”的论文，研究采用尿素辅助沉淀法合成了CoAl-层状双氢氧化物（LDH）纳米片，这些纳米片垂直于硅晶片表面均匀排列。然后，以LDH为催化剂前驱体，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）制备了由垂直排列碳纳米管（VACNTs）和石墨烯纳米片（GNFs）组成的碳纳米复合材料。经过热处理后，LDH 形成了层状双氧化物（LDO）。VACNT附着在LDO纳米片的两侧，而 GNF 则均匀地分布在 VACNT 的表面。然后，将三维（3D）GNF/VACNT-LDO材料用作磷酸铁锂正极的导电剂，并采用了实用的商业化锂离子电池最新正极配方。
结果表明，该阴极具有较高的比容量和出色的循环稳定性。在0.2C的电流下，放电比容量高达168.6mAh g-1。令人惊讶的是，当电流增加到 10 摄氏度时，放电容量达到105.3mAh g-1，远高于传统导电剂Super P的放电容量（65.1 mAh g-1）。在 0.5 C 电流密度下循环500次后，放电比容量仍为 118.2 mAh g-1，容量保持率为 72.7%，平均容量损失仅为 0.089 mAh g-1/次。LFP 阴极优异的速率性能和循环稳定性在很大程度上归功于 GNF/VACNT-LDO。GNF/VACNT-LDO构建的独特三维导电网络可大大提高电子传输速率，加速锂在电解液和电极材料之间的穿梭。
2图文导读
方案 1.以 CoAl-LDH 为前驱体的 GNF/VACNT-LDO 合成示意图及 GNF/VACNT-LDO 在电池中的应用.
图 1.（a） 硅片、（b） 垂直排列的 CoAl-LDH 纳米片、（c） 堆叠的 CoAl-LDH 纳米片、（d） VACNTs、（e） GNF/VACNTs 和 （f） LDH 和 GNF/VACNT-LDO 的 XRD 图谱的 SEM 图像。
图 2.（a–c） CoAl-LDO 和 （d，e） VACNT 的 TEM 图像，（f） VACNT 的外径分布，以及 （g，h） GNF/VACNT 的 TEM 图像。
图3.在 650 °C、200 W 下生长 （a） 10 min、（b） 20、（c） 30 和 （d） 60 min 的 CNT 的 SEM 图像。
图4.（a） 不同导电添加剂在 0.2 至 10 C 电流密度下的倍率性能，（b） 不同导电添加剂在 0.5 C 下 200 次循环的循环性能，（c） GNF/VACNT-LDO 和 SP 阴极在 0.5 C 下 500 次循环的循环性能，（d） GNF/VACNT-LDO 阴极在 0.5 C 下不同循环下的充放电曲线， （e） 不同活性材料负载量在1C 下 100 次循环的循环性能。
图5、(a) CV curves of different conductive additives at 0.1 mV s–1, (b) the linear fitting diagram between peak current versus square root of scan rates, (c) Nyquist plots of different conductive additives and corresponding equivalent circuit diagram, (d) the linear fitting diagram between Z’andω–1/2atlow-frequency region.
3小结
总之，我们通过脲辅助沉淀法在硅片上成功合成了垂直分布的 CoAl-LDH 纳米片。随后，以 LDH 为催化剂前驱体，通过 PECVD 技术制备了三维 GNF/VACNT-LDO 复合材料。VACNT 遵循 “顶端生长机制”。其生长方向受等离子体产生的电场力以及周围 CNT 或 LDO 的空间电阻的影响。此外，等离子体在 VACNTs 表面持续轰击产生的缺陷处生成了 GNF，GNF 的生长在修复缺陷方面发挥了重要作用。此外，GNF/VACNT-LDO 复合材料被用作 LFP 阴极导电剂，大大提高了电池的放电比容量和循环稳定性。这归功于 GNF/VACNT-LDO构建的三维导电网络提高了电子传输速率，加速了锂在电解质和电极材料之间的穿梭，并降低了电化学极化。
文献： 
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