本文關(guān)鍵詞：二硫化鈷與石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰電池因具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),已獲得廣泛的應(yīng)用。但是,隨著電子器件向小型化、輕量化方向發(fā)展,對(duì)鋰離子電池的正、負(fù)極材料的比容量、循環(huán)壽命、倍率特性等要求越來(lái)越高。因此,新型、高性能的鋰離子正、負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)或?qū)ΜF(xiàn)有正、負(fù)極材料的改性成為當(dāng)前儲(chǔ)能領(lǐng)域研究的國(guó)際前沿。本論文以新型負(fù)極材料CoS_2的合成與改性為研究對(duì)象,首先研究了負(fù)極材料CoS_2的合成工藝,然后研究了石墨烯對(duì)CoS_2的包覆改性,進(jìn)一步研究了三維多孔結(jié)構(gòu)二硫化鈷/石墨烯的制備及電化學(xué)性能,最后制備了自支撐的二硫化鈷/石墨烯復(fù)合負(fù)極并研究了其電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:1.研究了二硫化鈷/石墨烯(CoS_2/G,CG)、二硫化鈷/碳納米管/石墨烯(CoS_2/CNTs/G,CCG)粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明:通過(guò)水熱法可以制備石墨烯均勻包覆的CG復(fù)合負(fù)極材料,與未包覆石墨烯的CoS_2粉末負(fù)極相比,包覆石墨烯后的CG粉末負(fù)極材料的電化學(xué)性能得到顯著的提升:在100 mA g~(-1)下循環(huán)50次后,放電比容量為237 mAh g~(-1)(遠(yuǎn)高于無(wú)石墨烯包覆的CoS_2粉末的88.9 mAh g~(-1)),在2000 mA g~(-1)下,放電比容量為98 mAh g~(-1),這主要是由于石墨烯有效提高了其電導(dǎo)率并抑制了充放電過(guò)程中的體積變化;引入碳納米管后得到的CoS_2/CNTs/G(CCG)粉末負(fù)極材料的性能得到進(jìn)一步提升:在100 mA g~(-1)下循環(huán)50次后的放電比容量為364 mAh g~(-1),在2000 mA g~(-1)下,放電比容量為212mAh g~(-1),這主要是由于引入碳納米管后進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)電性并防止了石墨烯的再次堆積,同時(shí)進(jìn)一步抑制了CoS_2的體積變化,從而進(jìn)一步提升其電化學(xué)性能。2.研究了三維二硫化鈷/石墨烯(3DCG)負(fù)極材料、三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯(3DCCG)負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能。研究表明,3DCG具有優(yōu)異的電化學(xué)性能:在100 mA g~(-1)電流充放電下,循環(huán)50次后的比容量為822 mAh g~(-1),在2000 mA g~(-1)下比容量為428 mAh g~(-1);進(jìn)一步引入CNT后的三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯(3DCCG),100 mA g~(-1)電流充放電下,50次循環(huán)放電比容量保持為859 mAh g~(-1)。與CG、CCG粉末負(fù)極相比,3DCG與3DCCG負(fù)極材料性能有較大提升。這主要是因?yàn)槿S石墨烯結(jié)構(gòu)可以增大比表面積、提供良好的導(dǎo)電性、抑制CoS_2體積變化、保持結(jié)構(gòu)完整,同時(shí)增加電極浸潤(rùn)性并縮短鋰離子擴(kuò)散距離。這表明基于石墨烯的三維多孔導(dǎo)電結(jié)構(gòu),能有效提高電化學(xué)性能。3.研制了具有極高整體電極比容量的二硫化鈷/石墨烯泡沫(C/3DGF)自支撐負(fù)極。研究表明:以CVD制備的三維泡沫石墨烯(3DGF)為導(dǎo)電模板,采用水熱法可直接在3DGF上原位生長(zhǎng)CoS_2納米顆粒,從而制備出C/3DGF自支撐負(fù)極;該自支撐負(fù)極最大的優(yōu)點(diǎn)是可省去集流極(銅箔)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑,從而可大幅度減小電池總質(zhì)量;該C/3DGF的整體電極比容量為93 mAh g~(-1),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文其它負(fù)極材料的整體電極比容量。C/3DGF自支撐電極為減輕電池總體質(zhì)量、簡(jiǎn)化電池制作工藝提供了新的思路。
【關(guān)鍵詞】：鋰電池 石墨烯 三維 比容量
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.1.1 鋰電池的基本原理11
• 1.1.2 鋰電池負(fù)極材料概述11-12
• 1.2 負(fù)極材料的研究發(fā)展12-23
• 1.2.1 負(fù)極材料通過(guò)改進(jìn)微觀結(jié)構(gòu)來(lái)提高性能的進(jìn)展13-16
• 1.2.2 負(fù)極材料通過(guò)與其它物質(zhì)復(fù)合來(lái)提高性能的進(jìn)展16-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法23-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器23-24
• 2.2 材料的表征方法24-25
• 2.2.1 X射線衍射分析24
• 2.2.2 X射線光電子能譜24
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡24
• 2.2.4 熱重分析24-25
• 2.2.5 拉曼光譜25
• 2.2.6 透射電子顯微鏡25
• 2.2.7 導(dǎo)電性分析25
• 2.3 鋰電池的電化學(xué)性能表征方法25-26
• 2.3.1 恒流充放電測(cè)試25-26
• 2.3.2 循環(huán)伏安曲線和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試26
• 2.4 鋰電池的封裝26
• 2.5 氧化石墨的制備26-28
• 第三章 二硫化鈷/石墨烯粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 二硫化鈷粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究28-32
• 3.2.1 二硫化鈷粉末負(fù)極材料的制備28
• 3.2.2 二硫化鈷粉末負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)及形貌28-29
• 3.2.3 二硫化鈷粉末負(fù)極材料的電化學(xué)性能29-32
• 3.3 二硫化鈷/石墨烯粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能32-36
• 3.3.1 二硫化鈷/石墨烯粉末負(fù)極材料的制備32
• 3.3.2 二硫化鈷/石墨烯粉末負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和形貌32-36
• 3.4 二硫化鈷/碳納米管/石墨烯粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能36-41
• 3.4.1 二硫化鈷/碳納米管/石墨烯粉末負(fù)極材料的制備36-37
• 3.4.2 二硫化鈷/碳納米管/石墨烯粉末負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和形貌37-38
• 3.4.3 二硫化鈷/碳納米管/石墨烯粉末負(fù)極材料的電化學(xué)性能38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能42-59
• 4.1 引言42
• 4.2 三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能42-51
• 4.2.1 三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的制備42-43
• 4.2.2 三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)及形貌43-46
• 4.2.3 三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究46-50
• 4.2.4 不同石墨烯含量對(duì)三維二硫化鈷/石墨烯負(fù)極材料的性能的影響50-51
• 4.3 三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能51-57
• 4.3.1 三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯負(fù)極材料的制備52
• 4.3.2 三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和形貌52-53
• 4.3.3 三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 二硫化鈷/石墨烯泡沫自支撐負(fù)極的制備及電化學(xué)性能59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 二硫化鈷/石墨烯泡沫自支撐負(fù)極的制備59-61
• 5.3 二硫化鈷/石墨烯泡沫自支撐負(fù)極的結(jié)構(gòu)及形貌61-62
• 5.4 二硫化鈷/石墨烯泡沫自支撐負(fù)極的電化學(xué)性能研究62-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 結(jié)論與展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻碩期間取得的研究成果75-76

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