石墨烯球用于锂充电电池提高了循环寿命和快速充电能力

由于关键参数之间的权衡性，在不牺牲其他性能的前提下改善一种性能对锂离子电池来说是一个挑战。用一种化学气相沉积过程，以生长石墨烯-二氧化硅组件，称为石墨烯球。

它的分层三维结构与氧化硅纳米颗粒中心，甚至允许1%重量的石墨烯球均匀地涂覆到一个富镍层阴极通过可伸缩的Nobilta铣削。石墨烯球涂层通过抑制有害的副作用和提供有效的导电途径，提高了循环寿命和快速充电能力。

石墨烯球本身也是一种比容量为716.2mAhg?1的阳极材料。与没有石墨烯球的对照电池相比，含有石墨烯球的电池的体积能量密度增加27.6%，表明在商业电池环境中实现800WhL-1的可能性，以及在5C和60°C条件下500次循环后保持78.6%的高循环能力。

锂离子电池(LIBs)的不断发展，使其在能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等各方面都得到了显著的改善。

目前，移动IT设备在LIB应用中占很大比例，目前最先进的LIBs的操作规范大多令人满意。

然而，随着电动汽车(EVs)进入自由市场，关键的电化学性能要求更高的标准;

虽然提高行驶里程需要更高的能量密度，但快速充电和高速率操作需要更强的反应动力学。

安全也是电动汽车应用的一个关键因素。克服这些关键属性之间的取舍关系是一项艰巨的挑战;在不牺牲其他属性的情况下改进一个属性通常是非常重要的。

石墨烯球用于锂充电电池，具有快速充电和高体积能量密度

石墨烯球用于锂充电电池，具有快速充电和高体积能量密度

这种平衡关系在能量密度和快速充电(或功率能力)之间尤为明显。虽然使用纳米材料作为活性成分4、5，并加入碳纳米材料6、7、8作为导电剂，通过减小离子扩散距离和内阻，提高了充电速率，但这些方法中的大多数在目前的LIB技术中还需要进一步改进。

纳米材料的触点密度远低于传统的微粒子，这对体积能量密度是不利的，而体积能量密度是许多LIB应用的关键因素。在降低内阻的类似背景下，石墨烯等碳纳米材料的集成已被证明在提高实验室尺度电极的导电性方面是有效的。然而，实现碳纳米材料的小重量含量(即<3%wt%)在大规模浆料过程中的均匀分布还有待证明。

通过掺杂外源元素9、10或化学计量控制11、12、13对现有活性材料进行改性，还可以提高锂离子的扩散率，从而提高传统微米级活性材料的充电率。然而，这些方法中的大多数都是以牺牲具体能力为代价的。此外，除了能量密度和快速充电外，还能实现长循环寿命，特别是在高温(即高温)下。对于包含高容量电极材料的先进锂电池，仍然是一个挑战。

而镍(镍)丰富和氧化Li-rich分层材料被认为是即将到来的阴极材料由于其优越的特定能力相比古典LiCoO2同行,众所周知,充电期间不可避免的cation-mixing降解分层框架尖晶石或岩盐结构,以及在电极表面的毒副反应。

考虑到目前所做的努力，立即实现阴极材料快速充电而能量密度和循环寿命损失可忽略不计的最现实的解决方案之一是找到导电保护材料，这种材料可以均匀地涂覆在活性材料上，且含量最少。寻找先进的阳极材料也是必不可少的，因为目前的石墨阳极遭受锂金属沉积高速率充电。

在这里，一种石墨烯-二氧化硅(SiOx)组装，称为石墨烯球(GB)，作为高容量富镍层状阴极材料和LIB阳极材料的涂层材料。

每个GB由一个SiOx纳米颗粒中心和周围的石墨烯层组成，构成一个三维(3D)爆米花状结构。SiOx纳米颗粒在多个方面发挥着至关重要的作用,如避免形成碳化硅(SiC)层SiOx在石墨烯生长石墨烯界面,确保均匀涂层GB到阴极材料,并提供较高的比容量当GB作为阳极材料。

在富镍层阴极上均匀涂覆GB，增强了阴极与电解质的界面稳定性和电极上的电子导电性，大大提高了阴极的循环能力和快速充电能力。利用GB的独特优势，由GB包覆阴极和GB阳极组成的全电池在商业电池条件下具有接近800WhL?1的高体积能量密度的可能性，在5C和60℃下循环500次后的容量保持率为78.6%。