【摘要】：由石墨烯構(gòu)筑形成的多孔材料相對于其他的多孔碳材料有很多優(yōu)異之處。首先,石墨烯組成的多孔結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度,有助于增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)以及緩解多孔結(jié)構(gòu)的拉伸壓縮性能。然后,石墨烯優(yōu)異的熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性能增強(qiáng)多孔材料的受惡劣環(huán)境的沖擊。再者,多孔材料的通道能加速電解液浸潤,石墨烯多孔骨架優(yōu)異的導(dǎo)電性更有利于電荷的傳輸轉(zhuǎn)移。石墨烯包含含氧官能團(tuán)等的衍生物如氧化石墨烯以及還原的氧化石墨烯能作為負(fù)載多種有機(jī)無機(jī)材料的活性基體,有利于構(gòu)筑多種石墨烯基多孔結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)異的多孔石墨烯材料被用于鋰離子電池,超級電容器和燃料電池等高性能電化學(xué)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化設(shè)備。二氧化錫具有較高的理論容量、在自然界中含量豐富、制備簡便以及環(huán)境無害被認(rèn)為是優(yōu)異的鋰離子電池負(fù)極材料。但是,二氧化錫因?yàn)閷?dǎo)電性差、高的體積膨脹效應(yīng)直接影響了其大規(guī)模的應(yīng)用。本論文采用原位生長的方法在石墨烯表面構(gòu)筑氧化錫納米顆粒,再通過水熱的方法構(gòu)筑成三維多孔結(jié)構(gòu),改善氧化錫的鋰電性能。具體方案如下：(1)采用一種簡便的方法在氧化石墨烯表面原位生長二氧化錫納米顆粒,再通過水熱自組裝形成三維多孔結(jié)構(gòu)的骨架,構(gòu)成三維多孔石墨烯骨架負(fù)載二氧化錫納米顆粒的復(fù)合材料。復(fù)合材料用作鋰離子電池的負(fù)極進(jìn)行相應(yīng)的鋰電測試,得出三維多孔結(jié)構(gòu)相對于二維石墨烯負(fù)載的二氧化錫材料的鋰電性能有明顯的改善。由于三維石墨烯骨架的緩沖作用,以及多級孔道的結(jié)構(gòu),三維石墨烯復(fù)合材料用作鋰離子電池度及材料時(shí)其穩(wěn)定性有明顯的增加。(2)通過研究發(fā)現(xiàn)SnO2/GAs用作鋰離子電池負(fù)極材料,經(jīng)過大電流充放電循環(huán)測試時(shí),材料的容量衰減比較顯著,為了進(jìn)一步改善二氧化錫材料的鋰電性能,我們采用二氧化鈦和二氧化錫的納米顆粒通過水熱自主裝的方法共同生長在石墨烯三維骨架上,得到大孔和介孔共存的多級孔結(jié)構(gòu),能對二氧化錫進(jìn)行儲(chǔ)鋰的過程中所產(chǎn)生的體積膨脹起到有效的緩沖。同時(shí)二氧化錫與二氧化鈦之間形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能提高二氧化錫儲(chǔ)鋰效率,有效提高二氧化錫材料的容量。
[Abstract]:Porous materials made of graphene have many advantages over other porous carbon materials. Firstly, the porous structure composed of graphene has strong mechanical strength, which helps to strengthen the porous structure and alleviate the tensile and compressive properties of the porous structure. Then, the excellent thermal stability and chemical stability of graphene enhance the impact of porous materials under harsh environment. Furthermore, the channel of porous materials can accelerate the electrolyte infiltration, and the excellent conductivity of graphene porous framework is more conducive to the transfer of charge. Graphene contains derivatives of oxygen-containing functional groups such as graphene oxide and reduced graphene oxide, which can be used as active substrates to support a variety of organic and inorganic materials, which is conducive to the construction of a variety of graphene-based porous structures. These excellent porous graphene materials are used in high performance electrochemical storage and conversion equipment such as lithium ion batteries, supercapacitors and fuel cells. Tin dioxide is considered to be an excellent anode material for lithium-ion batteries with high theoretical capacity, rich content in nature, simple preparation and environmentally sound. However, due to its poor conductivity, the large-scale application of tin dioxide is directly affected by the high volume expansion effect. In this paper, tin oxide nanoparticles were fabricated on graphene surface by in-situ growth method, and then three-dimensional porous structure was constructed by hydrothermal method to improve the lithium electrical properties of tin oxide. The specific plans are as follows: (1) the tin dioxide nanoparticles were in situ grown on the surface of graphene oxide by a simple method, and then three-dimensional porous framework was formed by hydrothermal self-assembly. Three-dimensional porous graphene framework loaded tin dioxide nanoparticles composite materials were formed. The results show that the three-dimensional porous structure is better than the two-dimensional graphene-loaded tin dioxide material in lithium-ion battery negative electrode. 3-D porous structure is better than the two-dimensional graphene-loaded tin dioxide material in lithium-ion battery. As a result of the cushioning effect of the three-dimensional graphene skeleton, and the structure of the multi-channel, The stability of three-dimensional graphene composites used as lithium-ion batteries has been significantly increased. (2) it was found that SnO2/GAs was used as anode materials for lithium-ion batteries after high-current charge-discharge cycle test, and that the three-dimensional graphene composites were used as cathode materials for lithium-ion batteries. In order to further improve the lithium electrical properties of tin dioxide materials, the nano-particles of titanium dioxide and tin dioxide were co-grown on the three-dimensional framework of graphene by hydrothermal self-loading method. The coexistence of macroporous and mesoporous multi-stage pore structure can effectively buffer the volume expansion of Sn _ 2O _ 2 in the process of lithium storage. At the same time, the heterojunction structure formed between tin dioxide and titanium dioxide can improve the efficiency of lithium storage and the capacity of tin dioxide materials.
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB332

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本文編號(hào)：2462365