锂离子电池（LIB）彻底改变了消费电子产品和电动汽车，并正在通往未来智能电网的道路。面临的艰难的过程包括完善电极材料、电解质配方单组分水平和制造工艺的改进，使LIB的安全性和能量密度更高。然而，在这一艰难的过程中，LIB的基本结构基本保持不变，即由阴极，阳极，电解质，隔膜和集电器（CC）等组成。其中，集电器可机械支撑电极材料（EM）和电桥内部电化学和外部电路是LIB中必不可少的角色。集电器的候选材料应同时满足以下标准：良好的导电性，牢固的化学和电化学稳定性，便宜且易于获得，重量轻。根据这样的要求标准，用于阴极和阳极的商业集电器几乎分别限于铝箔和铜箔。但是，存在固有的缺陷，这些缺陷源于介观电极的配置。一方面，为了获得适当的能量密度和最小化副反应，活性材料通常为微米级。另一方面，如图1a所示，微米级活性材料与裸露的铝箔（以下称为b-Al）的界面接触有限。电极构造因此陷入困境。因此，由于粘附性差，EM易于从裸集电器上分层，并且由于有限的电通道，在集电器/ EM界面处存在较大的界面电阻。由于铝箔上存在天然的电绝缘氧化铝层，这个问题在阴极/铝箔界面上尤为突出。界面电阻会损害LIB的功率性能（如快速充电和大功率放电）。因此，对于改善LIB，重新研究介观电极配置（着重于集电器的界面特性）具有重要意义。近日，北京大学刘忠范和彭海琳等人通过在商业铝箔CC上直接生长分层的石墨烯薄膜，建立了CC和电极材料之间的模型界面，并对其中的界面性质进行了系统的定量研究。结果表明界面电阻占主导地位，即比电极材料高两个数量级，可以通过分层的石墨烯夹层消除界面电阻。 CC上的阴极具有消除的界面电阻，可以提供大大提高的功率密度输出。工作量化了影响电池性能的介观因素，并提供了提高LIB性能的实用指南。
文章主要观点：
1）建立了一个模型系统来定量研究集电器的界面特性，集电器和电极材料之间的界面电阻实际上支配了整个电极电阻。直接在Al集电器上生长的分层石墨烯可以用作集电器和电极材料之间的强大中间层，实际上可以极好地消除界面电阻。电化学方面，它相应地可以提升能量密度和功率密度的输出。同时，可以减少无源集电器的占地面积，从而提高封装的LIB的可用能量密度用于新兴的超厚电极设计。
2）量化了影响电池性能的介观因素，并提供了提高LIB性能的实用指南。
Mingzhan Wang et al,. Quantitative Analyses of the Interfacial Properties of Current Collector at the Mesoscopic Level in Lithium Ion Battery by Using Hierarchical Graphene, Nano Lett. 2020
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00348
