
1成果简介
高压尖晶石LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄(LNMO)因高工作电压(~4.7 V)和高能量密度,是下一代锂离子电池正极材料的有力候选。然而,常规铝箔集流体在高电压下易发生严重腐蚀与点蚀,导致界面阻抗急剧增大、容量快速衰减,严重制约了LNMO的实际应用。本文,南京邮电大学Yi Li、李盼副教授、马延文 教授等在《Carbon》期刊发表名为"Roll-to-roll fabrication of ultrathin graphite-like amorphous carbon film modified Al foil current collectors for high-voltage LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ lithium-ion batteries"的论文,研究提出了一种卷对卷磁控溅射策略,在铝箔表面连续沉积超薄类石墨非晶碳(g-aC)保护层,显著提升了铝箔集流体在高压电解液中的耐腐蚀稳定性。
该g-aC修饰层兼具高导电性与化学惰性,有效阻隔电解液与铝箔的直接接触,抑制高压下铝的溶解与含氟腐蚀产物的生成,同时保持极低的界面接触电阻。将g-aC@Al集流体应用于LNMO正极,电池展现出更高的可逆容量、更优的倍率性能和显著改善的循环稳定性,为高电压锂离子电池集流体的界面工程提供了可规模化解决方案。
2图文导读

图1。制作工艺、数码照片、GAC@Al箔的形态学和结构特征分析。

图2. Anti-corrosion performance characterizations of bare Al, CC@Al and GAC@Al-20 nm, GAC@Al-30 nm and GAC@Al-50 nm foils. (a) LSV curves in LiPF6 electrolyte at a sweep rate of 1.0 mV s−1. (b) F 1s XPS fine spectra after LSV test. (c) CA curves at 4.5 V over 1000 s. High-resolution SEM images and the corresponding EDS mapping of (d) bare Al, (e) CC@Al and (f) GAC@Al-20 nm, (g) GAC@Al-30 nm and (h) GAC@Al-50 nm foils after LSV test. (i) Quantitative statistics of F content from EDS mapping. (j) Schematic diagram of the corrosion process of bare Al, CC@Al and GAC@Al foils in electrolytes.

图3. Electrochemical performances of LNMO/Al, LNMO/CC@Al, LNMO/GAC@Al-20 nm, LNMO/GAC@Al-30 nm and LNMO/GAC@Al-50 nm cells. (a) Rate performance, (b) charge/discharge curves at 5C and (c) Nyquist plots of LNMO/Al, LNMO/CC@Al and LNMO/GAC@Al cells, respectively. Long-term cycling performance at (d) 1C and (e) 5C, respectively. (f) Performance comparison between GAC@Al and other representative protective-coated Al foil current collectors. The numbers 1, 2 and 3 for easy scalability and environmental friendliness indicate low, medium and high levels, respectively.

图4. Characterization of the graphite/Cu//LNMO/GAC@Al pouch full cell. (a) Digital photograph of a timer powered by the pouch full cell. (b) Rate performance, (c) long-term cycling performance and (d) charge-discharge curves at 2C of the pouch full cell.
3小结
综上所述,本研究提出了一种卷对卷磁控溅射策略,在铝箔表面连续沉积超薄类石墨非晶碳(g-aC)保护层,显著提升了铝箔集流体在高压电解液中的耐腐蚀稳定性。g-aC修饰层兼具高导电性与化学惰性,有效抑制了高压下铝的溶解与含氟腐蚀产物的生成,同时保持极低的界面接触电阻。将g-aC@Al集流体应用于LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄正极,电池展现出更高的可逆容量、更优的倍率性能和显著改善的循环稳定性。该工作为高电压锂离子电池集流体的界面工程提供了可规模化解决方案,具有重要产业化前景。
文献:
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121762

来源:文章来自Carbon网站,由材料分析与应用整理编辑。


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