本文關(guān)鍵詞：石墨烯鋰電池負極材料的靜電植絨制備方法及電化學性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池具有比容量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長等一系列優(yōu)點,這些性能使得鋰離子電池在電動汽車、移動通訊設(shè)備電源等領(lǐng)域中得到了很好的運用。最近幾年來,一些電力設(shè)備的發(fā)展對鋰離子電池的功率和能量密度等性能提出了更高的要求。一方面,目前商業(yè)化應用的石墨負極材料比容量一般都較低(372 mAh g-1),限制了鋰離子電池電化學性能的提高;另一方面,傳統(tǒng)鋰電池電極片制備周期長、工藝復雜、涂層時電池的厚度不易控制,以上兩方面問題一直是鋰電行業(yè)長期需要解決的問題。針對上述問題,研究出新型的高容量鋰離子電池負極材料并采用簡便方法進行電池制作生產(chǎn)是非常必要的。石墨烯是石墨的單層或多層分子層狀結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)不易被破壞,具有良好導電性能、儲鋰性能、比容量高等優(yōu)點,是當前科學領(lǐng)域研究的熱點。靜電植絨法是一種簡單有效方法,同時具有效率高、成本低、設(shè)備簡單等特點,因而將該方法運用到鋰電池電極片的制作過程將是一個很好的應用。本文采用自己制備的石墨烯為研究對象,用靜電植絨制備電極片為方法,再用冷凍干燥的干燥方法制備了多孔石墨烯,進而提高了鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能和倍率性能。具體研究內(nèi)容如下:(1)采用改進的Hummers方法,將天然石墨進行氧化化石墨,再經(jīng)過水洗至中性,干燥后300℃熱還原,得到層間距比較大的石墨烯。采用掃描電鏡、X射線衍射、原子力顯微鏡、拉曼光譜、紅外光譜等表征手段分析表明,制得的石墨烯充滿彎曲、褶皺,層間距變大,并完全解離成了單層或多層無序堆積的石墨烯片。(2)以制備的石墨烯為原料,采用涂層法和靜電植絨法分別制作了鋰離子電池的電極片,研究這兩種方法的工藝流程和電化學性能。研究表明靜電植絨法與涂層法相比,縮短了電極片的制作工程,彌補了傳統(tǒng)涂層對電極片厚度的不可掌控性,工藝流程簡單可控,制得電池的首次充放電提高了158.4 m Ah g-1,30次循環(huán)后仍能得到穩(wěn)定的比容量,靜電植絨法制得的鋰離子電池可以達到傳統(tǒng)涂層制得的鋰電池電化學性能的效果。(3)采用冷凍干燥方法對氧化石墨烯溶液進行干燥,再通過熱還原得到高質(zhì)量的多孔石墨烯,最后再研究冷凍干燥對石墨烯微觀結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。研究表明制備的石墨烯具有微孔和多孔結(jié)構(gòu)、大的層間距(0.366 nm)、更加優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性(50次循環(huán)后容量保持率為80%左右)和高的倍率性能(2000 mA g-1大電流密度條件下,比容量仍然會保持在586.6 mAh g-1)。冷凍干燥創(chuàng)造的石墨烯的穩(wěn)定多孔結(jié)構(gòu)、大層間距可以有效提高電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 石墨烯 負極材料 靜電植絨 循環(huán)性能
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 石墨烯材料10-16
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能10-12
• 1.2.2 石墨烯的制備方法12-14
• 1.2.3 石墨烯的應用14-16
• 1.3 鋰離子電池的概述16-19
• 1.3.1 鋰離子電池的發(fā)展歷程16-17
• 1.3.2 鋰離子電池的優(yōu)缺點17-18
• 1.3.3 石墨烯鋰電負極材料的研究進展18-19
• 1.4 靜電植絨在鋰電池中的應用19-21
• 1.4.1 靜電植絨簡介19-20
• 1.4.2 靜電植絨在鋰電池制作過程中的應用20-21
• 1.5 本論文的研究思路和研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 研究思路21
• 1.5.2 研究內(nèi)容21-23
• 第二章 實驗及電化學測試分析方法23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 實驗藥品及儀器設(shè)備23-25
• 2.2.1 藥品及試劑23-24
• 2.2.2 實驗儀器與設(shè)備24-25
• 2.3 材料結(jié)構(gòu)表征手段25-26
• 2.3.1 掃描電子顯微技術(shù)25
• 2.3.2 透射電子顯微技術(shù)25
• 2.3.3 X-射線衍射（XRD）25-26
• 2.3.4 傅里葉紅外光譜（FTIR）26
• 2.3.5 拉曼光譜（Raman）26
• 2.4 鋰離子電池的組裝26-28
• 2.4.1 電極的制備26-27
• 2.4.2 電池的組裝27-28
• 2.5 電化學性能的測試28-30
• 2.5.1 恒流充放電測試28
• 2.5.2 循環(huán)伏安法28-30
• 第三章 石墨烯的制備與表征30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 實驗部分30-36
• 3.2.1 石墨烯的制備30-34
• 3.2.2 石墨烯制備過程工藝研究34-36
• 3.3 石墨烯的結(jié)構(gòu)與形貌36-41
• 3.3.1 掃描電鏡分析（SEM）36-37
• 3.3.2 原子力顯微結(jié)構(gòu)分析（AFM）37-38
• 3.3.3 X射線衍射圖譜（XRD）38
• 3.3.4 紅外光譜分析（FTIR）38-39
• 3.3.5 拉曼光譜分析（Raman）39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 鋰離子電池負極材料的靜電植絨法及其電化學性能42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 鋰離子電池負極材料的制備方法及電池制作42-45
• 4.2.1 涂層法42-43
• 4.2.2 靜電植絨法43-45
• 4.3 結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 靜電植絨工藝特點研究45-46
• 4.3.2 靜電植絨電極片SEM分析46-47
• 4.3.3 電化學性能分析47-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 冷凍干燥法多孔石墨烯的靜電植絨制備及電化學性能研究52-65
• 5.1 引言52-53
• 5.2 實驗部分53-56
• 5.2.1 冷凍干燥技術(shù)及組成部分53
• 5.2.2 冷凍干燥多孔石墨烯的靜電植絨法制備53-55
• 5.2.3 冷凍干燥多孔石墨烯的表征55-56
• 5.3 結(jié)果與討論56-64
• 5.3.1 冷凍干燥多孔石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)56-60
• 5.3.2 冷凍干燥多孔石墨烯的電化學性能分析60-62
• 5.3.3 冷凍干燥多孔石墨烯的儲鋰機理分析62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 結(jié)論與展望65-67
• 6.1 結(jié)論65
• 6.2 不足與展望65-67
• 6.2.1 不足65-66
• 6.2.2 展望66-67
• 參考文獻67-70
• 碩士期間研究成果70-71
• 致謝71

【共引文獻】

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本文編號：381245