石墨烯基復(fù)合材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，其在電化學(xué)儲(chǔ)鋰等諸多領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。精細(xì)調(diào)控石墨烯基復(fù)合材料中不同基元材料的結(jié)構(gòu)、形貌和界面耦合形態(tài)，進(jìn)而優(yōu)化復(fù)合材料電極的導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電極界面性能，對(duì)開發(fā)高能量密度、大功率密度和循環(huán)穩(wěn)定的新型儲(chǔ)鋰材料具有重要意義。本論文以石墨烯基復(fù)合材料的可控制備與電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能為主線，分別從石墨烯材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制、石墨烯對(duì)過渡金屬化合物材料儲(chǔ)鋰性能的影響、石墨烯基復(fù)合材料的調(diào)控合成及其電化學(xué)性能，以及高含量氮摻雜對(duì)石墨烯電化學(xué)性能的影響等方面進(jìn)行了研究。使用電化學(xué)阻抗譜（EIS）法系統(tǒng)地研究了石墨烯材料電極的首次陰極極化過程，分析了鋰離子嵌入過程中的SEI膜阻抗和電荷傳遞電阻隨電極極化電位的變化。研究表明，石墨烯材料電極表面的SEI膜主要在0.95⁰.7V之間形成，石墨烯電極在較低電極電位下的嵌鋰反應(yīng)具有較好的可逆性，測(cè)得鋰離子在石墨烯材料電極中的電化學(xué)嵌入反應(yīng)的對(duì)稱因子α為0.446。直接使用氧化石墨烯為原料，采用水熱-自組裝法制備了石墨烯基納米Fe2O3復(fù)合材料。該復(fù)合材料中的石墨烯和Fe2O3納米晶均具有可逆儲(chǔ)鋰功能... 

【文章來源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：157 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

常見的二次電池的能量密度對(duì)比

x x+ + （1-2）圖1-2 常規(guī)鋰離子電池的工作原理圖Figure 1-2 Schematic of work principle of traditional lithium ion cell.1.3 鋰離子電池電極材料（Electrode Materials of LIB）1.3.1 正極材料鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液和包裝材料等構(gòu)成。一般而言，正極材料應(yīng)具備以下特點(diǎn)[14-17]：（1）具備較高的嵌脫鋰電位；（2）單位質(zhì)量的材料能可逆嵌脫盡量多的鋰離子；（3）鋰離子在材料中的擴(kuò)散速度快；（4）在鋰離子嵌脫過程中，材料的結(jié)構(gòu)與體積變化��；（5）在所要求的工作條件下，具有與電解質(zhì)溶液的電化學(xué)相容性；（6）高度的可逆儲(chǔ)鋰性能；（7）全鋰化狀態(tài)下在空氣中的穩(wěn)定性，易于合成，成本低廉。目前研究和應(yīng)用較多的正極材料主要是鋰過渡金屬化合物，根據(jù)結(jié)構(gòu)和鋰離子脫/嵌方式的差異，可以大致分為以下幾類：（a）層狀正極材料如 LiMO2（M=Co，Ni

5也一直是其面臨的一個(gè)重要問題。圖1-3 層狀LiCoO2（a）和尖晶石型LiMn2O4（b）的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-3 Structures of layered LiCoO2(a) and spinel LiMn2O4(b).聚陰離子型化合物是一系列含有四面體或者八面體陰離子結(jié)構(gòu)單元(XOm)n-（X = P、S、As、Mo 和 W）的化合物的總稱。這些結(jié)構(gòu)單元通過強(qiáng)共價(jià)鍵連成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并形成更高配位的由其它金屬離子占據(jù)的空隙，使得聚陰離子型化合物正極材料具有和金屬氧化物正極材料不同的晶相結(jié)構(gòu)以及由結(jié)構(gòu)決定的各種突出的性能[20]。橄欖石結(jié)構(gòu) LiMPO4材料屬于典型的聚陰離子型正極材料，它的相關(guān)研究始于 1997 年 Goodenough 等人的開創(chuàng)性工作[21]，其代表材料是LiFePO4，其屬于正交晶系，Pmnb空間群，每個(gè)單胞含有四個(gè)單位的LiFePO4[21,22]。如圖 1-4 所示，鐵原子和鋰原子分別在 4c 和 4a 位置與 6 氧原子配位形成 FeO6和 LiO6八面體結(jié)構(gòu)；磷原子與 4 氧原子配位形成 PO4四面體，占據(jù)四面體的 4c位置。八面體結(jié)構(gòu)的 FeO6在晶體的 bc 面上相互連接

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3431975