Abstract A low-cost, environment friendly and scalable strategy was proposed to prepare ZnO@graphene (ZnO@G) composites, in which ZnO nanoparticles can be evenly modified by graphene without obvious agglomeration and the tap density can reach to 1.68 g cm−3. When employed as an anode for Li-ion battery, the as-prepared ZnO@G (15 wt% graphene) exhibited an excellent reversible capacity of 720 mAh g−1 at 200 mA g−1 and 480 mAh g−1 even at 1600 mA g−1. Furthermore, a concept of high energy Li-ion full battery configurated the pre-lithiation ZnO@G (10 wt% graphene) anode and commercial LiCoO2 and LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode was successfully assembled. Under the varying of pre-lithiation time to tune the appropriate compensating amount of initial irreversible capacity, one full battery of ZnO@G || LiCoO2 delivered a reversible capacity around 400 mAh g−1 (vs. anode) at 100 mA g−1 with working potential around 3.8 V and a high energy density of 1478 Wh kg−1 (vs. anode; 206.9 Wh kg−1 vs. cathode); meanwhile, other full battery of ZnO@G || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 exhibited a reversible capacity around 280 mAh g−1 (vs. anode) at 400 mA g−1, and it possessed a high energy density of 1787.2 Wh kg−1 (vs. anode; 446.8 Wh kg−1 vs. cathode) at 400 mA g−1 and behaved superior rate capability. Furthermore, a proposition of surface multiple effect on the ZnO-based anode induced by graphene is demonstrated and it could be extended to designing some other advanced electrodes, benefiting from pre-lithiation process, the metal oxides electrode is identified to be a promising commercialized anode in high energy batteries.

中文翻译：

---

石墨烯对高能锂离子全电池ZnO负极的表面多重效应

摘要 提出了一种低成本、环境友好和可扩展的策略来制备 ZnO@石墨烯 (ZnO@G) 复合材料，其中 ZnO 纳米颗粒可以被石墨烯均匀修饰而没有明显的团聚，振实密度可以达到 1.68 g cm−3 . 当用作锂离子电池的负极时，所制备的 ZnO@G（15 wt% 石墨烯）在 200 mA g-1 下表现出 720 mAh g-1 的优异可逆容量和 480 mAh g-1，即使在 1600毫安 g-1。此外，高能锂离子全电池的概念配置了预锂化的 ZnO@G（10 wt% 石墨烯）阳极，成功组装了商用 LiCoO2 和 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 阴极。在改变预锂化时间的情况下，调整合适的初始不可逆容量补偿量，一整节 ZnO@G || LiCoO2 在 100 mA g-1 下提供约 400 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，工作电位约为 3.8 V，高能量密度为 1478 Wh kg-1（相对于负极；206.9 Wh kg-1 与. 阴极）；同时，ZnO@G 的其他全电池 || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在 400 mA g-1 时表现出约 280 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，并且具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1）的高能量密度-1 vs. 阴极）在 400 mA g-1 并表现出优异的倍率能力。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。阳极）在 100 mA g-1 下，工作电位约为 3.8 V，高能量密度为 1478 Wh kg-1（与阳极相比；206.9 Wh kg-1 与阴极相比）；同时，ZnO@G 的其他全电池 || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在 400 mA g-1 时表现出约 280 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，并且具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1）的高能量密度-1 vs. 阴极）在 400 mA g-1 并表现出优异的倍率能力。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。阳极）在 100 mA g-1 下，工作电位约为 3.8 V，高能量密度为 1478 Wh kg-1（与阳极相比；206.9 Wh kg-1 与阴极相比）；同时，ZnO@G 的其他全电池 || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在 400 mA g-1 时表现出约 280 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，并且具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1）的高能量密度-1 vs. 阴极）在 400 mA g-1 并表现出优异的倍率能力。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。阳极; 206.9 Wh kg-1 vs. 阴极）；同时，ZnO@G 的其他全电池 || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在 400 mA g-1 时表现出约 280 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，并且具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1）的高能量密度-1 vs. 阴极）在 400 mA g-1 并表现出优异的倍率能力。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。阳极; 206.9 Wh kg-1 vs. 阴极）；同时，ZnO@G 的其他全电池 || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在 400 mA g-1 时表现出约 280 mAh g-1（相对于阳极）的可逆容量，并且具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1）的高能量密度-1 vs. 阴极）在 400 mA g-1 并表现出优异的倍率能力。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。并且它在 400 mA g-1 下具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1 相对于阴极）的高能量密度，并表现出优异的倍率性能。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。并且它在 400 mA g-1 下具有 1787.2 Wh kg-1（相对于阳极；446.8 Wh kg-1 相对于阴极）的高能量密度，并表现出优异的倍率性能。此外，证明了石墨烯诱导的 ZnO 基阳极表面多重效应的命题，并且可以扩展到设计其他一些先进的电极，受益于预锂化过程，金属氧化物电极被确定为有前途的商业化阳极在高能电池中。