摘要：通过化学气相沉积（CVD）技术合成的碳膜在二次电池应用中备受关注，因为下一代电子设备和电动汽车需要提高碳膜的稳定性和容量。除了碳膜固有的特性，如高导电性、机械强度、化学稳定性和柔韧性，CVD 方法还为电池应用中的碳膜设计提供了高度的自由度，可通过保形涂层和结构

1成果简介

通过化学气相沉积（CVD）技术合成的碳膜在二次电池应用中备受关注，因为下一代电子设备和电动汽车需要提高碳膜的稳定性和容量。除了碳膜固有的特性，如高导电性、机械强度、化学稳定性和柔韧性，CVD 方法还为电池应用中的碳膜设计提供了高度的自由度，可通过保形涂层和结构工程来改变其电气和机械特性。在本综述中，韩国首尔大学Gwan-Hyoung Lee等研究人员在《Small》期刊发表名为“Advancements in Chemical Vapor Deposited Carbon Films for Secondary Battery Applications”的论文，研究将重点介绍 CVD 生长的碳薄膜在充电电池应用中的应用，使其能够克服体积膨胀、动力学迟缓和界面不稳定等关键问题。为了深入了解石墨烯和无定形碳等 CVD 生长的碳薄膜，本文还对 CVD 过程进行了全面概述，重点介绍了生长机制、三维形态控制和掺杂技术。此外，还介绍了碳薄膜在电池组件中的广泛应用，包括在阴极、阳极和集流器中的应用，以及在锂硫电池和全固态电池等先进电池系统中的应用潜力。本综述提出了优化碳膜的未来方向，以实现碳膜在下一代储能设备中的实际应用。

2图文导读

图1、CVD 生长的碳膜在二次电池应用中的优势，以及它们与主要问题的关系。

图2、石墨烯和碳膜CVD生长的工作原理。

2.2 碳膜，用于碱性离子电池中的阴极、阳极和集流体。

主要关注碳膜在 Li、Na 和 K 离子电池关键部件上的应用：阴极、阳极和集流体。通过 CVD 合成的碳膜已用于这些组件，从而显著改善了二次电池的电化学性能。

2.3 碳膜在先进电池中的应用。

先进的电池系统，例如 LMB、Li-S 电池、ASSB 和 Li-O2电池具有超越 LIB 性能的潜力，提供更高的安全性和更高的能量密度。然而，这些电池系统面临着阻碍其商业化的重大挑战，包括锂离子的树枝状沉积、界面接触不良和活性材料的溶解。碳膜已被提议通过构建宏观碳结构、实现保形涂层或通过掺杂和缺陷控制提供所需的特性来解决这些问题。在以下部分中，我们将探讨碳膜在先进电池系统中的应用，全面了解碳膜如何应对关键挑战。

图3、锂金属电池

3小结

总之，本综述强调了碳薄膜在提高各种充电电池化学性能方面的重要作用。在整篇论文中，我们详细介绍了 CVD 生长碳膜的各种优势及其在电池组件和先进电池系统中的应用。CVD 技术可以在形状不规则的粉末状材料上进行碳涂层，合成独特的宏观结构，并通过调整实验参数精确控制碳的微观特性，这是传统的湿化学或固态方法无法实现的。这些应用成功地解决了充电电池系统中的一些主要问题。

尽管在利用碳膜克服二次电池系统的挑战方面做出了许多努力，但涉及理论或基础方面的研究数量仍然有限。未来的研究应侧重于深入了解碳膜的特性如何影响其在电池应用中的性能。薄膜厚度、缺陷密度、孔隙率、石墨化程度、晶粒大小或掺杂剂类型等关键参数会显著影响二次电池的电化学性能。然而，这些关系仍未得到充分探索，缺乏全面的研究也阻碍了为各种储能系统全面优化碳膜的能力。要探索电池应用中碳薄膜的理想结构或特性，就必须充分了解这些相关性。

此外，通过 CVD 过程控制碳薄膜的微观特性也需要进一步研究，这可以通过微调沉积时间、温度和气体前驱体等参数来实现。要获得理想的宏观形态和碳薄膜所需的特性，就必须对这些机制有更精确的了解。未来的研究旨在建立这些特性与电池性能之间的明确关联，并探索合成参数以实现碳膜的优化设计，这将为下一代能源存储技术提出更有效、更强大的解决方案铺平道路。

在将 CVD 生长的碳薄膜用于充电电池的实际应用方面，仍有一些挑战有待解决。一个重要的限制在于如何在 NCM 等热不稳定基底上获得高结晶度的碳层。由于碳原子规则排列所需的热能不足，即使在等离子体解离 CH4 气体的帮助下，也只能在相对较低的温度下沉积无定形碳层。此外，在粉末状材料上实现均匀的碳涂层还面临更多挑战。由于碳前驱体向密集粉末之间的间隙或用于装载样品的坩埚底部区域的输送有限，阻碍了均匀碳层的形成。虽然旋转式 CVD 系统提供了一种潜在的解决方案，但也存在初始安装和维护成本高昂等缺点。未来的研究重点是在相对较低的温度下实现高质量碳膜的创新方法，以及开发先进的 CVD 系统来解决均匀性问题，这将为 CVD 生长的碳膜在充电电池中的实际应用提供宝贵的见解。

文献：