【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，電極材料尤其是負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)的具有高電導率的二維納米碳材料，在儲能領(lǐng)域有很好的應用前景。本文針對鋰離子電池體系，以提高負極材料可逆容量為目的，制備了石墨烯和Fe2O3-石墨烯納米復合材料、SnO2-石墨烯納米復合材料和Fe2O3-SnO2-石墨烯三元納米復合材料，并利用XRD、SEM等表征技術(shù)對其結(jié)構(gòu)和形貌進行了分析，恒流充放電測試和交流阻抗測試對其電化學性能進行了深入系統(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。電化學性能測試表明，石墨烯的儲鋰性能大大優(yōu)于石墨，30次循環(huán)后仍為614mAh/g，接近其理論容量。 其次，針對石墨烯比容量偏低和金屬氧化物充放電過程中存在的體積效應等問題，采用水熱法制備了二元的Fe2O3-石墨烯納米復合材料。XRD和SEM分析表明，石墨烯與納米Fe2O3成功復合，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聚，形成了有利于儲鋰的微孔結(jié)構(gòu)。電化學性能測試表明，F(xiàn)e2O3-石墨烯納米復合材料的儲鋰性能大大優(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-石墨烯納米復合材料的可逆容量越來越高。 再次，采用水熱法制備了二元的SnO2-石墨烯納米復合材料。XRD和SEM分析表明，顆粒細小的納米SnO2均勻的負載于石墨烯片上，二者的團聚現(xiàn)象均有所緩解，且增加了許多儲鋰孔洞。電化學性能測試表明，，SnO2-石墨烯納米復合材料儲鋰性能明顯優(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，為了進一步提升石墨烯基復合材料的可逆容量和倍率性能，水熱合成了Fe2O3-SnO2-石墨烯三元納米復合材料。XRD和SEM分析表明，F(xiàn)e2O3-SnO2-石墨烯三元納米復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鋰結(jié)構(gòu)。電化學性能測試表明，F(xiàn)e2O3-SnO2-石墨烯三元納米復合材料的可逆容量高達1378mAh/g，大大高于二元復合材料，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，其可逆容量也越來越高。
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簡介r-min-Wanger 理論[49]，在非絕對零度的條件下，自由狀態(tài)的二在的。一直到 2004 年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康究團隊利用膠帶微機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)實環(huán)境中穩(wěn)并且在 2010 年 10 月，兩位科學家因在石墨烯材料方面的卓越物理學獎。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比可知，石墨在經(jīng)過氧化還原之后，原有的層層有序堆積的晶體結(jié)經(jīng)被完全破壞，成為了無序堆積隨機散落的石墨烯片。.3.2 SEM 分析
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB33;TM912

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2556311