原位XRD验证氮掺杂或氧化铝膜对石墨烯作为锂离子电池正极材料的影响

锂离子电池被应用于电动汽车、便携式电子设备等。与其他电池（如镍镉、铅酸和镍氢）相比，锂离子电池具有更高的能量密度（100-150 瓦时 kg-1）、更高的电压和更低的维护。锂离子电池的性能主要取决于阳极和阴极材料的性能。

^[1]首先，通过化学气相沉积（CVD）在镍箔上直接生长石墨烯，而不需要额外的催化剂。接下来，通过氮掺杂对石墨烯进行改性，并通过磁控溅射在石墨烯上沉积氧化铝。由于N掺杂石墨烯的原位XRD特征峰的2θ向比石墨烯的（约25）小的较低角度（约24）移动，然后根据布拉格定律，N掺杂石墨石墨烯的石墨烯层之间的间隙大于石墨烯的层之间的缝隙，因此N掺杂石墨素的电荷比容量高于石墨烯，与仅具有原位XRD特征峰（LiC₁₂）的石墨烯相比，N掺杂的石墨烯表现出额外的原位XRD特征峰值（LiC₆）。此外，由于Al₂O₃/石墨烯的原位XRD特征峰的2θ也向较低的角度（约24）移动，并且Al2O3/石墨石墨烯也显示出额外的原位XRD特性峰（LiC₆），因此Al₂O₃/石墨的电荷比容量也高于石墨烯。

G峰和2D峰的存在表明石墨烯的典型拉曼特性。N掺杂石墨烯的N-5和N-6 XPS光谱表明，N掺杂石墨中的N物种为N-5和N-6。Al₂O₃/石墨烯的Al 2p XPS光谱表明复合材料中存在Al₂O₃。此外，由于Al₂O₃涂层可以作为预形成的SEI来抑制与电解质的不期望的副反应，然后在预放电期间减少SEI的形成，因此Al₂O₃/石墨烯的预放电循环中的阴极峰并不比石墨烯以及N掺杂石墨烯的其他阴极峰更尖锐，因此，Al₂O₃/石墨烯的预放电曲线中的电势平台并不比石墨烯以及N掺杂石墨烯的电势平台更明显。

[1]      Chen G-J, Ng K Y SLin C-C. Effects of Nitrogen-Doping or Alumina Films on Graphene as Anode Materials of Lithium-Ion Batteries Verified by In Situ XRD[J]. Journal of Nanomaterials, 2022, 2022: 1758789.

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