การชาร์จเร็วขึ้น อายุการใช้งานยาวนานขึ้น: เคล็ดลับกราฟีนในการอัพเกรดแบตเตอรี่ลิเธียม

```html ผู้แต่ง: In Hyuk Son Jong Hwan Park Seongyong Park Kwangjin Park Sangil Han Jaeho Shin Seok-Gwang Doo Yunil Hwang Hyuk Chang Jang Wook Choi บทคัดย่อ การปรับปรุงคุณสมบัติหนึ่งโดยไม่กระทบคุณสมบัติอื่นเป็นเรื่องท้าทายสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากลักษณะการแลกเปลี่ยนระหว่างพารามิเตอร์ที่สำคัญ ที่นี่เรานำเสนอ กระบวนการเคลือบด้วยไอสารเคมีเพื่อการเติบโตของแอสเซมบลี กราฟีน–ซิลิกา ที่เรียกว่า กราฟีนบอล โครงสร้างสามมิติแบบลำดับชั้นที่มีศูนย์กลางเป็นอนุภาคนาโนออกไซด์ของซิลิคอน ช่วยให้กราฟีนบอลเพียง 1% โดยน้ำหนัก สามารถเคลือบบนแคโทดชั้นนิกเกิล-ริชได้อย่างสม่ำเสมอผ่านการกัดด้วย Nobilta ที่ปรับขนาดได้ การเคลือบด้วยกราฟีนบอลช่วยเพิ่มอายุการใช้งานและประสิทธิภาพการชาร์จเร็วโดยการยับยั้งปฏิกิริยาข้างเคียงที่ก่อให้เกิดความเสียหายและให้เส้นทางการนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ กราฟีนบอลเองยังทำหน้าที่เป็นวัสดุแอโนดที่มีความจุจำเพาะสูง 716.2 mAh g⁻¹ เซลล์เต็มที่รวมกราฟีนบอลเพิ่มความหนาแน่นพลังงานปริมาตรขึ้น 27.6% เมื่อเทียบกับเซลล์ควบคุมที่ไม่มีกราฟีนบอล แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการให้พลังงาน 800 Wh L⁻¹ ในการตั้งค่าเซลล์เชิงพาณิชย์ พร้อมด้วยความสามารถในการหมุนเวียนสูงที่ 78.6% การกักเก็บความจุหลังจากการหมุนเวียน 500 รอบที่ 5C และ 60 °C บทนำ การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIBs) อย่างต่อเนื่องได้นำไปสู่การปรับปรุงที่โดดเด่นในด้านต่างๆ ของการทำงาน รวมถึงความหนาแน่นพลังงาน ความหนาแน่นกำลัง อายุการใช้งาน และความปลอดภัย ปัจจุบัน อุปกรณ์ IT แบบพกพาเป็นส่วนสำคัญของการใช้งาน LIBs โดยข้อมูลจำเพาะการทำงานของ LIBs ที่ทันสมัยส่วนใหญ่เป็นที่น่าพอใจ , , อย่างไรก็ตาม เมื่อรถยนต์ไฟฟ้า (EVs) ได้เจาะตลาด LIBs คุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่สำคัญได้กำหนดมาตรฐานที่ท้าทายมากขึ้น ขณะที่ต้องการความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้นเพื่อระยะทางการขับขี่ที่เพิ่มขึ้น ก็ต้องการจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นสำหรับการชาร์จเร็วและการทำงานที่อัตราสูง ความปลอดภัยก็เป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน EV ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่คือการเอาชนะความสัมพันธ์แบบ trade-off ระหว่างคุณสมบัติที่สำคัญเหล่านี้ โดยปกติแล้วไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะปรับปรุงคุณสมบัติหนึ่งโดยไม่กระทบคุณสมบัติอื่น 1 2 3 ความสัมพันธ์แบบ trade-off ดังกล่าวจะเห็นได้ชัดเจนระหว่างความหนาแน่นพลังงานและการชาร์จเร็ว (หรือความสามารถด้านกำลัง) แม้ว่าการใช้วัสดุนาโนเป็นส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ , และการรวมวัสดุนาโนคาร์บอน , , ในฐานะตัวแทนนำไฟฟ้าได้แสดงให้เห็นอัตราการชาร์จที่ดีขึ้นโดยการลดระยะทางการแพร่ของไอออนและความต้านทานภายใน แต่แนวทางส่วนใหญ่เหล่านั้นยังคงต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมก่อนที่จะสามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยี LIB ในปัจจุบันได้ ความหนาแน่นของการเคาะ (tap-densities) ของวัสดุนาโนนั้นต่ำกว่าอนุภาคขนาดเล็กทั่วไปมาก ซึ่งเป็นผลเสียต่อความหนาแน่นพลังงานปริมาตร ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการใช้งาน LIB ส่วนใหญ่มากกว่าคู่เทียบตามน้ำหนัก ในบริบทที่คล้ายคลึงกันเพื่อลดความต้านทานภายใน การรวมวัสดุนาโนคาร์บอน เช่น กราฟีน ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการเพิ่มการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรดในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของปริมาณน้ำหนักเพียงเล็กน้อย (เช่น น้อยกว่า 3% โดยน้ำหนัก) ของวัสดุนาโนคาร์บอนในกระบวนการผสมขนาดใหญ่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ การปรับเปลี่ยนวัสดุที่ออกฤทธิ์ที่มีอยู่โดยการเติมธาตุภายนอก , หรือการควบคุมปริมาณสารเคมี , , ก็สามารถเพิ่มการแพร่ของไอออน Li และด้วยเหตุนี้ อัตราการชาร์จของวัสดุที่ออกฤทธิ์ทั่วไปที่มีขนาดไมโครเมตร อย่างไรก็ตาม แนวทางส่วนใหญ่เหล่านั้นมีประสิทธิภาพโดยต้องแลกมาด้วยความจุจำเพาะ 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 นอกจากนี้ นอกเหนือจากความหนาแน่นพลังงานและการชาร์จเร็ว การบรรลุอายุการใช้งานที่ยาวนาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง (เช่น 60 °C) ยังคงเป็นความท้าทายสำหรับ LIBs ขั้นสูงที่รวมวัสดุแคโทดที่มีความจุสูง แม้ว่าวัสดุออกไซด์ชั้นนิกเกิล-ริช (Ni-rich) และลิเธียม-ริช (Li-rich) จะถูกพิจารณาว่าเป็นวัสดุแคโทดที่กำลังจะมาถึงเนื่องจากมีความจุจำเพาะที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับ LiCoO2 แบบดั้งเดิม แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าการผสมแคทไอออนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการชาร์จจะทำให้โครงสร้างชั้นเสื่อมสภาพกลายเป็นโครงสร้างสปิเนลหรือหินเกลือ (rock-salt structures) พร้อมกับปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ที่พื้นผิวอิเล็กโทรด เมื่อพิจารณาถึงความพยายามที่ดำเนินการมาจนถึงปัจจุบัน วิธีแก้ปัญหาที่สมจริงที่สุดวิธีหนึ่งในการบรรลุการชาร์จเร็วของวัสดุแคโทดโดยมีการสูญเสียความหนาแน่นพลังงานและอายุการใช้งานที่น้อยที่สุด คือการค้นหาวัสดุป้องกันที่นำไฟฟ้าได้ซึ่งสามารถเคลือบบนวัสดุที่ออกฤทธิ์ได้อย่างสม่ำเสมอด้วยปริมาณน้อยที่สุด การค้นหาวัสดุแอโนดขั้นสูงก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากแอโนดกราไฟต์ในปัจจุบันประสบปัญหาการสะสมของลิเธียมโลหะระหว่างการชาร์จด้วยอัตราสูง ที่นี่เรานำเสนอแอสเซมบลีกราฟีน–ซิลิกา (SiOₓ) ที่เรียกว่า กราฟีนบอล (GB) ในฐานะวัสดุเคลือบสำหรับวัสดุแคโทดชั้นนิกเกิล-ริชที่มีความจุสูง รวมถึงวัสดุแอโนดของ LIB แต่ละ GB ประกอบด้วยศูนย์กลางอนุภาคนาโน SiOₓ และชั้นกราฟีนที่ล้อมรอบ สร้างโครงสร้างสามมิติ (3D) คล้ายข้าวโพดคั่ว อนุภาคนาโน SiOₓ มีบทบาทสำคัญในหลายแง่มุม เช่น การหลีกเลี่ยงการก่อตัวของชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่ส่วนต่อประสาน SiOₓ –กราฟีนระหว่างการเติบโตของกราฟีน การรับรองการเคลือบ GB อย่างสม่ำเสมอบนวัสดุแคโทด และการให้ความจุจำเพาะสูงเมื่อใช้ GB เป็นวัสดุแอโนด การเคลือบ GB อย่างสม่ำเสมอบนแคโทดชั้นนิกเกิล-ริชช่วยเพิ่มความเสถียรของส่วนต่อประสานกับอิเล็กโทรไลต์และการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด ปรับปรุงความสามารถในการหมุนเวียนและประสิทธิภาพการชาร์จเร็วของแคโทดได้อย่างมาก การใช้ประโยชน์จากข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ของ GB เซลล์เต็มที่ประกอบด้วยแคโทดเคลือบ GB และแอโนด GB แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของความหนาแน่นพลังงานปริมาตรใกล้เคียง 800 Wh L⁻¹ ในสภาวะเซลล์เชิงพาณิชย์ ควบคู่ไปกับความสามารถในการหมุนเวียนสูงที่ 78.6% การกักเก็บความจุหลังจากการหมุนเวียน 500 รอบที่ 5C และ 60 °C ผลลัพธ์ การสังเคราะห์กราฟีนบอล เพื่อสังเคราะห์ GB ที่มีลักษณะคล้ายข้าวโพดคั่ว เราได้พัฒนากระบวนการเคลือบด้วยไอสารเคมี (CVD) สำหรับการเติบโตของกราฟีน ก๊าซ CH₄ ถูกป้อนเข้าสู่เตาหลอมในที่ที่มีอนุภาคนาโน SiO₂ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20–30 นาโนเมตร ที่อุณหภูมิ 1000 °C ที่อุณหภูมินี้ CH₄ จะถูกแยกออกเพื่อสร้าง SiOₓ (x < 2) OH⁻ ก็ถูกผลิตขึ้นพร้อมกันผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้: คุณสมบัติสำคัญในปฏิกิริยานี้คือ SiOₓ ที่ผลิตขึ้นให้ตำแหน่งตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเติบโตของกราฟีน และ OH⁻ ทำหน้าที่เป็นสารออกซิไดซ์อ่อนๆ เพื่ออำนวยความสะดวกในการก่อตัวของคาร์บอนกราฟิติกไปสู่กราฟีน , บทบาทของสารออกซิไดซ์อ่อนๆ ในการก่อตัวของคาร์บอนกราฟิติกได้รับการอธิบายอย่างสมเหตุสมผลเมื่อเร็วๆ นี้ ในลักษณะที่ว่า หากไม่มีสารออกซิไดซ์อ่อน การก่อตัวของคาร์บอนอสัณฐานจะมีสัดส่วนที่มากกว่า ในความเป็นจริง การเติบโตของกราฟีนที่ง่ายโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะเป็นที่ทราบกันว่าเกิดขึ้นในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน , , ซึ่งออกซิเจนที่เหลืออยู่บนพื้นผิวโลหะนำไปสู่ปฏิกิริยาที่ชอบการก่อตัวของคาร์บอนกราฟิติก การมีอยู่ของสารออกซิไดซ์อ่อนๆ ป้องกันการก่อตัวของชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่พื้นผิวของ SiOₓ เนื่องจากสารออกซิไดซ์ป้องกันการรีดิวซ์ของ Si ไปสู่การก่อตัวของ SiC 14 15 16 17 18 19 19 ในรูปแบบปฏิกิริยาของเราที่อาศัยการใช้ CH₄ เพียงอย่างเดียว ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 900 °C กราฟีนแทบจะไม่มีการเติบโต ในทางตรงกันข้าม ที่ 1050 °C และสูงกว่า การเติบโตของกราฟีนจะรุนแรงเกินไปจนเกิดเป็นกราไฟต์ (รูปเสริม ) อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการเติบโตที่ 1000 °C นั้นต่ำกว่าที่มักใช้ (1100–1400 °C) สำหรับการเติบโตของกราฟีนโดยใช้ CVD บนพื้นผิว Si และ SiO₂ โดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ , , บทบาทสำคัญของสภาพแวดล้อมการเติบโตได้รับการชี้แจงโดยการทดลองควบคุม (รูปเสริม ); ตามกระบวนการ CVD แบบดั้งเดิม โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ CH₄ และ H₂ ถูกป้อนในอัตราส่วนปริมาตร 3:7 ที่ 1000 °C เนื่องจาก CH₄ ถูกยับยั้งโดย H₂ จำนวนมาก การเติบโตของกราฟีนจึงช้ามาก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการใช้ CH₄ เพียงอย่างเดียวในการเติบโตของกราฟีนอย่างมีประสิทธิภาพในโปรโตคอลการสังเคราะห์ของเรา โดยรวมแล้ว การเลือกสารตั้งต้นและอุณหภูมิปฏิกิริยาในรูปแบบปฏิกิริยาปัจจุบันนั้นแตกต่างจากรูปแบบ CVD แบบดั้งเดิมที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ และมีบทบาทสำคัญในการผลิตแอสเซมบลีกราฟีน–SiOₓ ที่มีโครงสร้างลำดับชั้นแบบ 3 มิติ 1 20 21 22 2 การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) (รูปเสริม ) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) (รูปที่ ) หลายชุดที่ดำเนินการในระหว่างกระบวนการ CVD สะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในการเติบโตและรูปร่างของกราฟีน หลังจาก 5 นาทีของกระบวนการ CVD พบฟิล์มกราฟีนหนา 2–3 ชั้นที่สังเกตได้คลุมเครือตามพื้นผิวของ SiO₂ (รูปที่ , e) โดยสีของผงเปลี่ยนเป็นสีดำ (รูปเสริม ) การเติบโตของกราฟีนเด่นชัดขึ้นหลังจาก 30 นาทีของกระบวนการ CVD ซึ่งเห็นรูปร่างของแผ่น 3D ได้ชัดเจน (รูปที่ , f) ภาพ TEM ขยายสูง (รูปที่ ) จับภาพการจัดเรียงอะตอมแบบหกเหลี่ยมในส่วนของกราฟีน ซึ่งสะท้อนระนาบฐานของมัน หลังจาก 30 นาที ยังสังเกตได้ว่าขนาดของอนุภาคนาโน SiO₂ ลดลงจาก 28.2 เป็น 15.3 นาโนเมตรโดยเฉลี่ย (รูปเสริม ) สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเติบโตของกราฟีนเกี่ยวข้องกับการรีดิวซ์ SiO₂ ที่กล่าวมาข้างต้นและการก่อตัวของ OH⁻ ตามมา ดังนั้น การเติบโตของกราฟีนโดยรวมจึงเทียบเคียงได้กับการพองตัวของข้าวโพดคั่วในโครงสร้าง 3 มิติที่ใหญ่ โดยเกิดขึ้นจากการบริโภคเมล็ดเดิม (รูปที่ ) 3a–f 1a–g 1b 3g 1c 1g 4 1h การเติบโตของกราฟีนจากอนุภาคนาโน SiO₂. – การวิเคราะห์ TEM ก่อนการเติบโตด้วย CVD, หลังการเติบโต 5 นาที, และ หลังการเติบโต 30 นาที (แถบมาตราส่วน, 50 นาโนเมตร). – ภาพขยายตามลำดับ (แถบมาตราส่วน, 10 นาโนเมตร). ภาพขยายสูงของกราฟีนหลังการเติบโต 30 นาที และภาพระดับอะตอมจากกล่องสีขาว (ส่วนแทรก) (แถบมาตราส่วน, 2 นาโนเมตร). ภาพประกอบกราฟิกของการเติบโตของกราฟีนคล้ายข้าวโพดคั่วจากอนุภาคนาโน SiO₂ a c a b c d f g h การเติบโตของกราฟีนได้รับการอธิบายเพิ่มเติมโดยชุดการวิเคราะห์เพิ่มเติม สเปกตรัมการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) ที่ได้ระหว่างการเติบโตบ่งชี้ว่าเมื่อกระบวนการ CVD ดำเนินต่อไป จุดที่ 2 = 26.44° และ 44° ซึ่งสอดคล้องกับระนาบ (002) และ (101) ของกราไฟต์ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง (รูปที่ ) สนับสนุนการก่อตัวของคาร์บอนกราฟิติกอีกครั้ง , , การเติบโตของกราฟีนยังสะท้อนให้เห็นในจุดที่ 284.5 และ 291.5 eV ในสาขา C 1s ของการวิเคราะห์การถ่ายภาพด้วยโฟโตอิเล็กตรอนรังสีเอกซ์ (XPS) (รูปที่ ) , จุดที่ 284.5 eV ถูกกำหนดให้กับพันธะ C–C และ C=C ซึ่งปรากฏเด่นชัดหลังจากการเติบโต 30 นาที เนื่องจากการก่อตัวของคาร์บอนกราฟิติก จุด XPS ที่เพิ่มขึ้นในสาขา Si 1s ของการวิเคราะห์ XPS (รูปที่ ) ยืนยันอีกครั้ง การรีดิวซ์ของ SiO₂ ในระหว่างกระบวนการ CVD เมื่อเวลาการเติบโตเพิ่มขึ้น จุดใกล้ 103 eV เลื่อนไปยังพลังงานยึดเหนี่ยวที่ต่ำลงเนื่องจากสถานะออกซิเดชันของ Si ที่ลดลง จากการปรากฏและปริมาณของสัญญาณคาร์บอนในการทำแผนที่การกระจายพลังงานด้วยรังสีเอกซ์ (EDX) (รูปที่ ) พบว่าแม้หลังจาก 5 นาที การเติบโตของกราฟีนเกิดขึ้นตามพื้นผิวของ SiOₓ และหลังจาก 30 นาที การเติบโตก็กระจายไปทั่วบริเวณภาพทั้งหมด ในขณะที่ Si และ O ยังคงกระจายอย่างสม่ำเสมอ สัดส่วนน้ำหนักของกราฟีน และผลการวิเคราะห์รามาน พื้นที่ผิวจำเพาะ และการนำไฟฟ้าของ GB ที่เวลาการเติบโต CVD ต่างกัน สรุปไว้ในตารางที่ สำหรับพื้นที่ผิวจำเพาะ การลดลงเมื่อเวลาทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น เกิดจากการกราฟิไทเซชันที่ต่อเนื่องซึ่งชั้นกราฟีนจะรวมและซ้อนทับกัน การวิเคราะห์รามานโดยละเอียดและการวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก (TG) แสดงไว้ในรูปเสริม θ 2a 23 24 25 2b 22 23 2c 25 2d–g 1 5 การวิเคราะห์กราฟีนบอลระหว่างการเติบโต. – การติดตามการเติบโตของกราฟีนในระหว่างกระบวนการ CVD โดยใช้ XRD, XPS ในสาขา C 1s, และ XPS สาขา Si 2p. – การทำแผนที่องค์ประกอบ EDX เทียบกับ C, O, และ Si หลังจากการเติบโตของกราฟีน 5 นาที , และ 30 นาที , จาก SiO₂ (แถบมาตราส่วน, 50 นาโนเมตร) a c a b c d g d e f g การเคลือบกราฟีนบอลบนแคโทดที่อุดมด้วยนิกเกิล เนื่องจากมีลักษณะเป็นชั้นบางอะตอม กราฟีนจึงถูกพิจารณาว่าเป็นหนึ่งในวัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับการเคลือบผิวของวัสดุแคโทดชั้นที่มีความจุสูง อย่างไรก็ตาม ในกรณีของกระบวนการสารละลายที่รู้จักกันดี , , , โดยใช้วิธีของ Hummer การเคลือบที่สม่ำเสมอด้วยปริมาณกราฟีนที่จำกัดนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากการจับกลุ่ม ซึ่งเกิดจากปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงระหว่างแผ่นกราฟีน ในความพยายามที่จะเอาชนะปัญหาการจับกลุ่ม แนวทางที่แตกต่างออกไป เช่น การบดกราไฟต์โดยใช้กระบวนการบอลมิลลิ่ง (ball-milling) ได้ถูกนำมาใช้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มักจะช้า (>6 ชั่วโมง) และที่สำคัญกว่านั้นคือ อาจทำลายผลึกของวัสดุโฮสต์ได้ นอกจากนี้ ควรสังเกตว่าการเคลือบด้วยคาร์บอนอสัณฐานโดยกระบวนการ CVD ไม่สามารถใช้ได้กับวัสดุออกไซด์ที่อุดมด้วยนิกเกิล , เนื่องจากกระบวนการ CVD จะดึงโลหะทรานซิชัน (TMs) ออกไป ทำให้โครงสร้างผลึกเดิมของวัสดุโฮสต์เสียสมดุล 26 27 28 29 30 31 32 ในทางตรงกันข้าม GB ที่สังเคราะห์ได้ในงานวิจัยนี้สามารถเคลือบบนพื้นผิวของผง LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ (ขนาด = ~10 ไมโครเมตร) ในปริมาณน้อยที่สุด 1% โดยน้ำหนัก ผ่านกระบวนการ Nobilta milling ที่อ่อนโยน กระบวนการเคลือบยังค่อนข้างเร็ว (~10 นาที ที่ 3000 รอบต่อนาที) เมล็ด SiOₓ มีบทบาทสำคัญในการเปิดใช้งานการเคลือบที่สม่ำเสมอในปริมาณน้ำหนักต่ำ เมล็ด SiOₓ คิดเป็น 57.5% โดยน้ำหนักของ GB (ผล TG ในรูปเสริม ) และในกระบวนการเคลือบ การมีอยู่ของพวกมันช่วยให้ GB สามารถออกแรงเฉือนกับพื้นผิวของ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดและการแทรกซึม แม้กระทั่ง เพื่อยืนยันปรากฏการณ์นี้ กระบวนการเคลือบเดียวกันได้ดำเนินการกับส่วนผสมทางกายภาพของ SiO₂ 0.5% โดยน้ำหนัก และกราฟีน 0.5% โดยน้ำหนัก ตัวอย่างนี้ประสบความเสียหายต่อผลึกในบริเวณพื้นผิวของ NCM เนื่องจากการชนกันอย่างรุนแรงระหว่างอนุภาค LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ และระหว่างอนุภาค LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ และผนังเครื่องปฏิกรณ์ (รูปเสริม ) ปรากฏการณ์เหล่านี้ถูกขยายโดยการจับกลุ่มของกราฟีนที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีโครงสร้างลำดับชั้นแบบ 3 มิติที่มีศูนย์กลางอนุภาค SiOₓ 5b 6 การเคลือบ GB อย่างสม่ำเสมอได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ SEM และ TEM ในที่นี้ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ก่อนและหลังการเคลือบ GB จะเรียกว่า NCM ดั้งเดิม และ GB-NCM ตามลำดับ ภาพ SEM กำลังขยายต่ำของ NCM ก่อนและหลังการเคลือบ GB (รูปที่ , รูปเสริม ) แสดงรูปร่างที่คล้ายกันมากเนื่องจากการกระจายตัวของ GB ในปริมาณต่ำอย่างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ภาพ SEM กำลังขยายสูงของ GB-NCM บ่งชี้ว่า GB แทรกซึมเข้าไปในช่องว่างระหว่างอนุภาคปฐมภูมิของ NCM (รูปที่ ) การแทรกซึมของ GB สังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในภาพ TEM (รูปที่ , f) ในรูปที่ พบแผ่นกราฟีนในช่องว่างเหนืออนุภาค NCM (ดูเส้นประสีแดง) แผ่นกราฟีนบางแผ่นวางตัวตามพื้นผิวของ NCM และแสดงระยะห่างระหว่างชั้นที่สม่ำเสมอที่ 3.3 หรือ 3.4 Å (รูปที่ ) 3a, b 6a, b 3d 3e 3e 3f การเคลือบ GB บน LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂. ภาพ SEM ของ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ , ก่อนการเคลือบ GB (แถบมาตราส่วน, 2 ไมโครเมตร และ 200 นาโนเมตร ตามลำดับ) และ , หลังการเคลือบ GB (แถบมาตราส่วน, 2 ไมโครเมตร และ 200 นาโนเมตร ตามลำดับ). , ภาพ TEM ของแผ่นกราฟีน (แถบมาตราส่วน, 5 นาโนเมตร). อยู่ระหว่างอนุภาคปฐมภูมิของ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ และ เคลือบบนอนุภาคปฐมภูมิของ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂. , การทำแผนที่องค์ประกอบ EDX ของ LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ เทียบกับ C และ Si (แถบมาตราส่วน, a c b d e f e f g h