【摘要】：具備高能量、高功率、高壽命和低成本是鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)，電極材料尤其是負(fù)極材料是鋰離子電池性能的決定性因素。石墨烯是新發(fā)現(xiàn)的具有高電導(dǎo)率的二維納米碳材料，在儲(chǔ)能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。本文針對(duì)鋰離子電池體系，以提高負(fù)極材料可逆容量為目的，制備了石墨烯和Fe2O3-石墨烯納米復(fù)合材料、SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料和Fe2O3-SnO2-石墨烯三元納米復(fù)合材料，并利用XRD、SEM等表征技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，恒流充放電測(cè)試和交流阻抗測(cè)試對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容如下： 首先，采用氧化還原法制得了分布均勻、層數(shù)較少、結(jié)構(gòu)較為平整的石墨烯。XRD和SEM分析表明，無(wú)序堆積的石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，形貌充滿了卷曲、皺褶和起伏。電化學(xué)性能測(cè)試表明，石墨烯的儲(chǔ)鋰性能大大優(yōu)于石墨，30次循環(huán)后仍為614mAh/g，接近其理論容量。 其次，針對(duì)石墨烯比容量偏低和金屬氧化物充放電過(guò)程中存在的體積效應(yīng)等問題，采用水熱法制備了二元的Fe2O3-石墨烯納米復(fù)合材料。XRD和SEM分析表明，石墨烯與納米Fe2O3成功復(fù)合，納米Fe2O3分布較為均勻，形貌多為菱形塊狀或類球狀多面體，且與石墨烯片相互交疊，有效抑制了雙方的團(tuán)聚，形成了有利于儲(chǔ)鋰的微孔結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能測(cè)試表明，F(xiàn)e2O3-石墨烯納米復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能大大優(yōu)于石墨烯和納米Fe2O3，30次循環(huán)后，可逆容量仍高達(dá)1252mAh/g；循環(huán)內(nèi)容量基本沒有衰減，循環(huán)性能優(yōu)異；高倍率下可逆容量較高，倍率性能良好；隨著石墨烯加入量的增大，F(xiàn)e2O3-石墨烯納米復(fù)合材料的可逆容量越來(lái)越高。 再次，采用水熱法制備了二元的SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料。XRD和SEM分析表明，顆粒細(xì)小的納米SnO2均勻的負(fù)載于石墨烯片上，二者的團(tuán)聚現(xiàn)象均有所緩解，且增加了許多儲(chǔ)鋰孔洞。電化學(xué)性能測(cè)試表明，，SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料儲(chǔ)鋰性能明顯優(yōu)于石墨烯和納米SnO2，30次循環(huán)后，可逆容量仍可達(dá)到998mAh/g左右；循環(huán)性能良好，但高倍率下可逆容量較低，倍率性能較差；SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料的可逆容量隨著石墨烯加入量的增大而增高。 最后，為了進(jìn)一步提升石墨烯基復(fù)合材料的可逆容量和倍率性能，水熱合成了Fe2O3-SnO2-石墨烯三元納米復(fù)合材料。XRD和SEM分析表明，F(xiàn)e2O3-SnO2-石墨烯三元納米復(fù)合材料中既存在皺褶、卷曲的石墨烯片狀結(jié)構(gòu)，也存在大小不一的納米Fe2O3和納米SnO2類球狀結(jié)構(gòu)，三者相互交疊排列，形成了豐富密集的微孔儲(chǔ)鋰結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能測(cè)試表明，F(xiàn)e2O3-SnO2-石墨烯三元納米復(fù)合材料的可逆容量高達(dá)1378mAh/g，大大高于二元復(fù)合材料，且高倍率下的可逆容量較高，倍率性能優(yōu)異。同樣，隨著石墨烯加入量的增大，其可逆容量也越來(lái)越高。
【圖文】：

簡(jiǎn)介r-min-Wanger 理論[49]，在非絕對(duì)零度的條件下，自由狀態(tài)的二在的。一直到 2004 年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康究團(tuán)隊(duì)利用膠帶微機(jī)械剝離高定向熱解石墨首次制備得到了而得到了自由態(tài)的二維晶體石墨烯能在室溫下現(xiàn)實(shí)環(huán)境中穩(wěn)并且在 2010 年 10 月，兩位科學(xué)家因在石墨烯材料方面的卓越物理學(xué)獎(jiǎng)。緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的 sp2雜化的單層碳原子晶體有 0.335nm，表現(xiàn)為自由態(tài)的二維晶體結(jié)構(gòu)，是目前世界上人

射峰又再次出現(xiàn)（見圖 3.1 中的插圖）。理想的單層石墨烯是二維晶體結(jié)構(gòu)是沒有特征衍射峰產(chǎn)生的，圖中的直線也得釋，石墨的衍射強(qiáng)度非常高，相比之下得到了直線狀的石墨烯衍射圖譜。但由于制備條件的限制，不可能得到完美的石墨烯，本文制備的石墨烯產(chǎn)物存在層數(shù)較類石墨狀石墨烯片，因此會(huì)在 26°左右出現(xiàn)石墨的特征衍射峰。石墨烯與石墨的衍射峰兩相對(duì)比可知，石墨在經(jīng)過(guò)氧化還原之后，原有的層層有序堆積的晶體結(jié)經(jīng)被完全破壞，成為了無(wú)序堆積隨機(jī)散落的石墨烯片。.3.2 SEM 分析
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB33;TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2556311