Reduced Graphene Oxide Films with Ultrahigh Conductivity as Li-Ion Battery Current Collectors

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作者
Yanan Chen,Kun Fu,Shuze Zhu,Wei Luo,Yanbin Wang,Yiju Li,Emily Hitz,Yonggang Yao,Jiaqi Dai,Jiayu Wan,Valencia A. Danner,Teng Li,Liangbing Hu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 3616-3623 被引量:218
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6b00743
摘要

Solution processed, highly conductive films are extremely attractive for a range of electronic devices, especially for printed macroelectronics. For example, replacing heavy, metal-based current collectors with thin, light, flexible, and highly conductive films will further improve the energy density of such devices. Films with two-dimensional building blocks, such as graphene or reduced graphene oxide (RGO) nanosheets, are particularly promising due to their low percolation threshold with a high aspect ratio, excellent flexibility, and low cost. However, the electrical conductivity of these films is low, typically less than 1000 S/cm. In this work, we for the first time report a RGO film with an electrical conductivity of up to 3112 S/cm. We achieve high conductivity in RGO films through an electrical current-induced annealing process at high temperature of up to 2750 K in less than 1 min of anneal time. We studied in detail the unique Joule heating process at ultrahigh temperature. Through a combination of experimental and computational studies, we investigated the fundamental mechanism behind the formation of a highly conductive three-dimensional structure composed of well-connected RGO layers. The highly conductive RGO film with high direct current conductivity, low thickness (∼4 μm) and low sheet resistance (0.8 Ω/sq.) was used as a lightweight current collector in Li-ion batteries.

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