界面工程化集流体提升固态锂离子电池倍率性能的创新策略

为解决固态锂离子电池（LIBs）因固体聚合物电解质（SPE）高内阻导致的性能受限问题，研究人员通过石墨烯/碳纳米管（G//CNT）双层修饰铝集流体，显著提升界面稳定性和电子传导性。该策略使电池在0.2C下初始比容量达200.1 mAh g?1，2C下仍保持45.08 mAh g?1，为下一代高安全、高性能全固态电池（ASSB）开发提供了可规模化路径。

　　

锂离子电池（LIBs）作为现代能源存储的核心技术，已广泛应用于手机、电动汽车和电网储能领域。然而，传统液态电解质电池存在易燃、漏液等安全隐患，尤其在搭配高电压正极如LiNi_xMn_yCo_zO₂（NMC）时，问题更为突出。固态聚合物电解质（SPE）虽能解决安全性问题，但以聚乙烯氧化物（PEO）为代表的材料却因高内阻导致电池倍率性能骤降。如何在不牺牲安全性的前提下提升电池快充能力，成为科研界亟待突破的瓶颈。

针对这一挑战，韩国东国大学的研究团队提出了一种巧妙的界面工程策略：通过石墨烯（G）和碳纳米管（CNT）双层修饰铝集流体，构建G//CNT/Al复合结构。该设计充分利用石墨烯的化学屏障作用和CNT的导电网络优势，成功将电池在2C高倍率下的容量提升至45.08 mAh g^?1，相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。

研究团队采用等离子体处理增强铝箔表面活性，通过溶液涂布法依次沉积石墨烯和CNT层。关键实验技术包括扫描电镜（SEM）表征电极形貌、电化学阻抗谱（EIS）分析界面阻抗、以及恒流充放电测试评估倍率性能。

Results and discussion
SEM显示G//CNT/Al结构形成致密导电网络，元素映射证实碳层均匀覆盖。电化学测试表明，改性集流体使电荷转移电阻降至109.5 Ω，锂离子扩散系数显著提高。在NMC622正极和PEO基电解质体系中，0.2C下初始容量达200.1 mAh g^?1，远超未改性样品。

Conclusion
该研究通过界面工程实现了三大突破：1）CNT层增强铝基体机械结合力；2）石墨烯抑制电解质腐蚀；3）协同效应降低界面阻抗。这种无需添加无机成分的策略，为开发兼具高安全性和快充能力的固态电池提供了新思路，对电动汽车和智能电网应用具有重要价值。