锂离子电池（LIB）在便携式电子产品和电动汽车中的应用受到了极大的关注，但是，在寻求具有出色倍率性能的高容量正极材料方面仍然存在挑战，因此有可能提高能量/功率密度。在这里，我们报告了高品质F改性石墨烯的电弧放电生产，作为具有高倍率性能LIB的负极。通过F-改性的结果，获得的石墨烯显示出高的C/O原子比、优异的电导率以及更皱和起皱的表面。有趣的是，在第一个Li⁺插入过程中原位形成的LiF纳米粒子不仅可作为屏障来有效防止石墨烯片的团聚和重新堆叠，而且还可以增加层间间距，从而实现快速的Li⁺离子插入/萃取。这些优化的功能使所得的F改性石墨烯具有较高的可逆容量（在100 mA g^-1下为783.2 mAh g^-1），出色的速率性能（在10 A g^-1下为298.5 mAh g^-1）和出色的循环稳定性（1000次循环后，容量保留率>91％），在高能量动力LIB中具有广阔的应用前景。
 
 
Figure 1. （a）F-修饰的石墨烯形成过程的示意图。（b）通过电弧充电法制备的F改性石墨烯粉末的照片。（c-d）F修饰石墨烯的TEM图像。（e）STEM图像和相应的EDX元素映射图像。（f-g）F改性石墨烯的HRTEM图像。（h-i）通过（f）和（g）中所示的黄线，F-改性石墨烯中间层的d-间距。（j）AFM图像（插图：F修饰的石墨烯纳米片的高度轮廓）。
 
 
Figure 2. F改性石墨烯组装的Li半电池装置的Li⁺储存特性。（a）CV曲线。（b）充放电曲线。（c）倍率性能。（d）与先前报告比较。（e）循环前后F改性石墨烯的EIS光谱。（f）循环稳定性。
 
  
Figure 3. （a）F-改性石墨烯在初始阶段的充放电曲线。F-改性石墨烯在五个状态下的（b）异位XRD、（c）异位拉曼光谱、（d）C 1s和（e）F 1s的异位XPS光谱、（f）原位EIS光谱和（g）阻抗关系图
 
 
Figure 4. （a）和（b）循环后F-改性石墨烯的TEM图像。循环后LiF纳米颗粒（c-e）和石墨烯（f）区域的HRTEM。（g）STEM和相应的EDX元素映射。（h）循环后F改性石墨烯的AFM。（i）循环之前和之后，F修饰石墨烯电极的伏安响应。（j）循环前后扩散和电容容量的贡献率。（k）峰值电流与扫描速率的对数图。（l）LiF纳米颗粒发泡对Li⁺储存性能影响的示意图。（a）的插入是相应的SAED模式。
 
       相关研究成果于2020年由哈尔滨工程大学Kui Cheng和Dianxue Cao课题组，发表在Chemical Engineering Journal（2020, 392, 123668）上。原文：Arc-discharge production of high-quality fluorine-modified graphene as anode for Li-ion battery。

转自《石墨烯杂志》公众号