由于關(guān)鍵參數(shù)之間的權(quán)衡性，在不犧牲其他性能的前提下改善一種性能對鋰離子電池來說是一個挑戰(zhàn)。用一種化學(xué)氣相沉積過程，以生長石墨烯-二氧化硅組件，稱為石墨烯球。

它的分層三維結(jié)構(gòu)與氧化硅納米顆粒中心，甚至允許1%重量的石墨烯球均勻地涂覆到一個富鎳層陰極通過可伸縮的Nobilta銑削。石墨烯球涂層通過抑制有害的副作用和提供有效的導(dǎo)電途徑，提高了循環(huán)壽命和快速充電能力。

石墨烯球本身也是一種比容量為716.2mAhg?1的陽極材料。與沒有石墨烯球的對照電池相比，含有石墨烯球的電池的體積能量密度增加27.6%，表明在商業(yè)電池環(huán)境中實現(xiàn)800WhL-1的可能性，以及在5C和60°C條件下500次循環(huán)后保持78.6%的高循環(huán)能力。

鋰離子電池(LIBs)的不斷發(fā)展，使其在能量密度、功率密度、循環(huán)壽命和安全性等各方面都得到了顯著的改善。

目前，移動IT設(shè)備在LIB應(yīng)用中占很大比例，目前最先進的LIBs的操作規(guī)范大多令人滿意。

然而，隨著電動汽車(EVs)進入自由市場，關(guān)鍵的電化學(xué)性能要求更高的標(biāo)準(zhǔn);

雖然提高行駛里程需要更高的能量密度，但快速充電和高速率操作需要更強的反應(yīng)動力學(xué)。

安全也是電動汽車應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素。克服這些關(guān)鍵屬性之間的取舍關(guān)系是一項艱巨的挑戰(zhàn);在不犧牲其他屬性的情況下改進一個屬性通常是非常重要的。

石墨烯球用于鋰充電電池，具有快速充電和高體積能量密度

石墨烯球用于鋰充電電池，具有快速充電和高體積能量密度

這種平衡關(guān)系在能量密度和快速充電(或功率能力)之間尤為明顯。雖然使用納米材料作為活性成分4、5，并加入碳納米材料6、7、8作為導(dǎo)電劑，通過減小離子擴散距離和內(nèi)阻，提高了充電速率，但這些方法中的大多數(shù)在目前的LIB技術(shù)中還需要進一步改進。

納米材料的觸點密度遠低于傳統(tǒng)的微粒子，這對體積能量密度是不利的，而體積能量密度是許多LIB應(yīng)用的關(guān)鍵因素。在降低內(nèi)阻的類似背景下，石墨烯等碳納米材料的集成已被證明在提高實驗室尺度電極的導(dǎo)電性方面是有效的。然而，實現(xiàn)碳納米材料的小重量含量(即<3%wt%)在大規(guī)模漿料過程中的均勻分布還有待證明。

通過摻雜外源元素9、10或化學(xué)計量控制11、12、13對現(xiàn)有活性材料進行改性，還可以提高鋰離子的擴散率，從而提高傳統(tǒng)微米級活性材料的充電率。然而，這些方法中的大多數(shù)都是以犧牲具體能力為代價的。此外，除了能量密度和快速充電外，還能實現(xiàn)長循環(huán)壽命，特別是在高溫(即高溫)下。對于包含高容量電極材料的先進鋰電池，仍然是一個挑戰(zhàn)。

而鎳(鎳)豐富和氧化Li-rich分層材料被認(rèn)為是即將到來的陰極材料由于其優(yōu)越的特定能力相比古典LiCoO2同行,眾所周知,充電期間不可避免的cation-mixing降解分層框架尖晶石或巖鹽結(jié)構(gòu),以及在電極表面的毒副反應(yīng)。

考慮到目前所做的努力，立即實現(xiàn)陰極材料快速充電而能量密度和循環(huán)壽命損失可忽略不計的最現(xiàn)實的解決方案之一是找到導(dǎo)電保護材料，這種材料可以均勻地涂覆在活性材料上，且含量最少。尋找先進的陽極材料也是必不可少的，因為目前的石墨陽極遭受鋰金屬沉積高速率充電。

在這里，一種石墨烯-二氧化硅(SiOx)組裝，稱為石墨烯球(GB)，作為高容量富鎳層狀陰極材料和LIB陽極材料的涂層材料。

每個GB由一個SiOx納米顆粒中心和周圍的石墨烯層組成，構(gòu)成一個三維(3D)爆米花狀結(jié)構(gòu)。SiOx納米顆粒在多個方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,如避免形成碳化硅(SiC)層SiOx在石墨烯生長石墨烯界面,確保均勻涂層GB到陰極材料,并提供較高的比容量當(dāng)GB作為陽極材料。

在富鎳層陰極上均勻涂覆GB，增強了陰極與電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性和電極上的電子導(dǎo)電性，大大提高了陰極的循環(huán)能力和快速充電能力。利用GB的獨特優(yōu)勢，由GB包覆陰極和GB陽極組成的全電池在商業(yè)電池條件下具有接近800WhL?1的高體積能量密度的可能性，在5C和60℃下循環(huán)500次后的容量保持率為78.6%。