發(fā)布時間：2017-08-18 01:20

  本文關(guān)鍵詞：三維多孔石墨烯基復(fù)合材料的制備及儲鋰性能研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 三維多孔結(jié)構(gòu) 錫 鍺 碳化鐵 鋰離子電池

【摘要】：隨著電動汽車、大規(guī)模儲能裝置逐漸興起,對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出更高的要求。但目前石墨作為鋰電池商用負(fù)極材料,其理論比容量僅有372 mAh g-1,極大限制了鋰電池整體的能量密度和功率密度。石墨烯具有單層原子的厚度、柔韌的二維結(jié)構(gòu),近年來,因其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)成為全世界研究的熱門材料。硅、鍺、錫等四族金屬材料擁有較高的比容量,被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的負(fù)極材料,但作為負(fù)極材料時會產(chǎn)生巨大體積膨脹,導(dǎo)致活性物質(zhì)開裂與粉化。為解決這一問題,使用石墨烯基材料與容量較高的金屬材料原位復(fù)合,利用石墨烯優(yōu)異的機(jī)械性能抑制金屬電極材料體積膨脹及提高其導(dǎo)電性,最終可以獲得高比容量、長循環(huán)壽命的復(fù)合電極材料。本文使用氯化亞錫作為錫源,聚苯乙烯微球作為碳源,利用碳熱還原反應(yīng),在退火處理后得到石墨烯與錫三維多孔復(fù)合電極材料。通過控制退火溫度、聚苯乙烯微球粒徑、基底等工藝參數(shù)研究其對所制備電極材料形貌及電化學(xué)性能的影響,確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。在0.1 A g-1電流密度下,其放電比容量維持在838.9 mAh g-1,在1000次循環(huán)中,其比容量會緩慢增加。通過離子液體電沉積制備了石墨烯與鍺三維多孔電極,通過控制PS微球粒徑、沉積時間、退火溫度等工藝參數(shù)研究其對所制備電極形貌及電化學(xué)性能的影響,并確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。其電化學(xué)性能良好,在0.5 A g-1電流密度下,循環(huán)100次,其比容量保留起始的40%以上;倍率增加至50倍時,比容量保留起始的40%以上,優(yōu)于鍺膜電極和三維多孔鍺電極材料。利用簡單的一步退火工藝,制備了石墨烯與碳化鐵三維多孔復(fù)合電極材料,金屬鐵雖不具備儲鋰特性,但碳化鐵可促進(jìn)固體電解質(zhì)膜的形成與分解,并增大活性物質(zhì)與電解液的接觸面積,從而提高電池性能。在1 A g-1電流密度下,其放電比容量維持在721.2 m Ah g-1左右,倍率增加至50倍時,比容量保留起始的50%,循環(huán)1000次,其比容量并未出現(xiàn)衰減,反而會緩慢增加。本文通過微納米結(jié)構(gòu)設(shè)計,制備的幾種石墨烯基復(fù)合材料,儲鋰性能卓越,將成為未來鋰離子電池潛在的負(fù)極材料。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 三維多孔結(jié)構(gòu) 錫 鍺 碳化鐵 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-27
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 鋰離子電池負(fù)極材料11-13
• 1.3 石墨烯材料儲鋰性能研究概況13-18
• 1.3.1 石墨烯簡介13-15
• 1.3.2 石墨烯負(fù)極材料儲鋰性能15-18
• 1.4 石墨烯基復(fù)合材料儲鋰性能研究概況18-25
• 1.4.1 石墨烯與錫復(fù)合負(fù)極材料18-20
• 1.4.2 石墨烯與碳化鐵復(fù)合負(fù)極材料20-23
• 1.4.3 石墨烯與鍺復(fù)合負(fù)極材料23-25
• 1.5 課題研究目的及主要研究內(nèi)容25-27
• 1.5.1 研究目的25
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實驗材料及方法27-32
• 2.1 實驗藥品及儀器27-28
• 2.1.1 實驗儀器27
• 2.1.2 實驗藥品27-28
• 2.2 材料制備工藝28-30
• 2.2.1 石墨烯/錫(碳化鐵)三維多孔復(fù)合電極制備28-29
• 2.2.2 離子液體電沉積Ge及其復(fù)合三維電極制備29-30
• 2.3 材料分析表征方法30-31
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡及能譜分析30
• 2.3.2 透射電子顯微鏡30
• 2.3.3 X射線衍射分析30
• 2.3.4 X射線光電子能譜分析30
• 2.3.5 拉曼散射光譜30-31
• 2.4 電化學(xué)性能表征方法31-32
• 第3章 石墨烯與錫三維多孔復(fù)合材料的表征及儲鋰性能研究32-49
• 3.1 形貌表征及物相分析32-34
• 3.2 石墨烯與錫三維多孔復(fù)合電極電化學(xué)性能表征34-37
• 3.3 退火溫度對形貌與儲鋰性能的影響37-41
• 3.3.1 退火溫度對形貌的影響37-38
• 3.3.2 退火溫度對儲鋰性能的影響38-41
• 3.4 PS微球粒徑對形貌與儲鋰性能的影響41-45
• 3.4.1 PS微球粒徑對形貌的影響41-42
• 3.4.2 PS微球粒徑對儲鋰性能的影響42-45
• 3.5 基底對形貌與儲鋰性能的影響45-48
• 3.5.1 基底對形貌的影響45-46
• 3.5.2 基底對儲鋰性能的影響46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 離子液體電沉積鍺的制備及其復(fù)合三維電極儲鋰性能研究49-68
• 4.1 三維泡沫鎳上生長PS微球模板49-51
• 4.1.1 泡沫鎳上生長PS微球模板49-50
• 4.1.2 負(fù)載石墨烯泡沫鎳上生長PS微球模板50-51
• 4.2 離子液體電沉積鍺的制備51-53
• 4.3 三維多孔鍺電極形貌與儲鋰性能53-59
• 4.3.1 三維多孔鍺電極形貌53-56
• 4.3.2 三維多孔鍺電極儲鋰性能56-59
• 4.4 石墨烯與鍺三維多孔電極形貌與性能59-67
• 4.4.1 石墨烯與鍺三維多孔電極形貌59-63
• 4.4.2 石墨烯與鍺三維多孔電極儲鋰性能63-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 第5章 石墨烯與碳化鐵三維多孔復(fù)合材料的表征及儲鋰性能研究68-84
• 5.1 形貌表征及物相分析68-70
• 5.2 石墨烯與碳化鐵三維多孔復(fù)合電極電化學(xué)性能表征70-72
• 5.3 退火溫度對形貌與儲鋰性能的影響72-76
• 5.3.1 退火溫度對形貌的影響72-73
• 5.3.2 退火溫度對儲鋰性能的影響73-76
• 5.4 PS微球尺寸對形貌與性能的影響76-80
• 5.4.1 PS微球尺寸對形貌的影響76-77
• 5.4.2 PS微球尺寸對儲鋰性能的影響77-80
• 5.5 基底對形貌與儲鋰性能的影響80-83
• 5.5.1 基底對形貌的影響80-81
• 5.5.2 基底對儲鋰性能的影響81-83
• 5.6 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-85
• 參考文獻(xiàn)85-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果93-95
• 致謝95

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本文編號：692025