本文選題：鋰離子電池 + 石墨烯納米帶　； 參考：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鋰離子電池具有能耗低、能量密度大、工作電壓高、自放電小、環(huán)境友好、循環(huán)性能好等顯著優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、移動(dòng)電話、照相機(jī)、礦燈等便攜式電子設(shè)備。目前,材料對(duì)鋰離子電池性能有著至關(guān)重要的影響。碳材料具有價(jià)格低、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)多樣、制備簡(jiǎn)單、易于改性以及安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn),本文從石墨烯納米帶的制備、金屬氧化物的復(fù)合以及含鋰過渡金屬磷酸鹽的復(fù)合等方面系統(tǒng)研究了石墨烯納米帶在鋰離子電池正極/負(fù)極材料中的使用效能和作用機(jī)理。本文采用溶劑氧化法制備出的石墨烯納米帶相互纏繞,自組裝成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),相對(duì)于原料碳納米管具有更大比表面積及孔結(jié)構(gòu),不僅提供了更多的鋰離子存儲(chǔ)位點(diǎn),同時(shí)為鋰離子反應(yīng)提供了更多的鋰離子反應(yīng)界面,縮短了鋰離子及電解液的傳輸擴(kuò)散路徑,能夠很好的提升其作為鋰離子電池負(fù)極材料的嵌鋰容量和倍率性能。通過循環(huán)伏安測(cè)試及恒電流充放電測(cè)試,結(jié)果表明,在0.6 A g-1和1 A g-1的電流密度下充放電循環(huán)200次以后,脫鋰比容量分別保持在716 m Ah g-1和519 m Ah g-1。石墨烯納米帶展現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)倍率性能。本文采用兩步水熱法制備出了石墨烯納米帶/Sn O2@碳納米管復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn),直徑為5 nm左右的Sn O2納米顆粒均勻的生長(zhǎng)在碳納米管上,而石墨烯納米帶緊緊的包覆在Sn O2@碳納米管之上。電化學(xué)測(cè)試表明,石墨烯納米帶/Sn O2@碳納米管復(fù)合物表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為0.1 A g-1條件下,比容量高達(dá)1038 m Ah g-1,而比容量在電流密度為1 A g-1條件下循環(huán)1000次后仍能保持502m Ah g-1。這種優(yōu)越的電化學(xué)性能主要是由于墨烯納米帶/Sn O2@碳納米管復(fù)合物特殊的結(jié)構(gòu)造成的。本文采用簡(jiǎn)單的溶液擴(kuò)散法,利用磷酸鐵鋰和石墨烯納米帶之間的靜電引力作用,成功制得了石墨烯納米帶均勻包覆磷酸鐵鋰顆粒的復(fù)合正極材料。研究結(jié)果表明,石墨烯納米帶的靜電粘附作用比碳納米管的摻雜更能有效提高磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能。通過對(duì)石墨烯納米帶和碳納米管與磷酸鐵鋰復(fù)合的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),石墨烯納米帶有望成為高功率鋰離子電池的導(dǎo)電劑。
[Abstract]:Li-ion battery has many advantages such as low energy consumption, high energy density, high working voltage, low self-discharge, friendly environment and good cycling performance. It is widely used in portable electronic devices such as notebook computer, mobile phone, camera, mine lamp and so on. At present, the material has a vital effect on the performance of lithium ion battery. Carbon materials have many advantages, such as low price, friendly environment, diverse structure, simple preparation, easy modification and high safety. The application efficiency and mechanism of graphene nanobelts in cathode / anode materials of lithium ion batteries were systematically studied in the aspects of metal oxide and lithium transition metal phosphate. In this paper, graphene nanobelts prepared by solvent oxidation method are wound together and self-assembled into a three-dimensional porous network structure, which has a larger specific surface area and pore structure than the raw carbon nanotubes, which not only provides more lithium-ion storage sites. At the same time, it provides more lithium ion reaction interface for lithium ion reaction, shortens the transfer and diffusion path of lithium ion and electrolyte, and can improve its lithium intercalation capacity and rate performance as anode material for lithium ion battery. The results of cyclic voltammetry and constant current charge-discharge tests showed that the specific capacity of lithium removal was kept at 716 mAh g-1 and 519 mAh g-1 after 200 cycles at current density of 0.6 Ag ~ (-1) and 1 A g ~ (-1), respectively. Graphene nanobelts exhibit excellent cyclic rate performance. In this paper, graphene nanoribbons / Sno _ 2 @ carbon nanotube composites were prepared by two-step hydrothermal method. It was found that Sno _ 2 nanoparticles with a diameter of about 5 nm were uniformly grown on carbon nanotubes, while graphene nanobelts were tightly coated on Sno _ 2 @ carbon nanotubes. Electrochemical measurements show that graphene nanobelts / Sn O 2 @ carbon nanotube composites exhibit excellent electrochemical properties. When the current density is 0.1 A g ~ (-1), the specific capacity can reach 1038 mAh g ~ (-1), but the specific capacity can maintain 502m Ah g ~ (-1) after 1000 cycles at the current density of 1 A g ~ (-1). This superior electrochemical performance is mainly due to the special structure of the / Sn-O _ 2 @ carbon nanotube composite. In this paper, a simple solution diffusion method was used to prepare the composite cathode material which was uniformly coated with lithium iron phosphate particles by using the electrostatic force between lithium iron phosphate and graphene nanoribbons. The results show that the electrostatic adhesion of graphene nanobelts is more effective than the doping of carbon nanotubes in improving the electrochemical performance of lithium iron phosphate. Through the comparative study of graphene nanobelts and carbon nanotubes with lithium iron phosphate, it is found that graphene nanobelts are expected to be the conductive agents for high-power lithium ion batteries.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912;TB383.1

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本文編號(hào)：1900149