本文關鍵詞：鐵基石墨烯復合材料的制備及其鋰電性能研究

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【摘要】：鋰離子電池具有工作電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點,現(xiàn)被廣泛應用于智能手機、筆記本電腦等消費型電子產(chǎn)品,在高比能量的便攜式電源和動力電池等領域顯示出誘人的前景,已成為世界各國關注的焦點之一。目前廣泛采用的石墨類碳基負極材料由于理論容量較低、倍率性能較差,難以滿足動力電池的應用需要。因此,研制高比容量、高倍率和高循環(huán)穩(wěn)定性的負極材料已成為促進高性能鋰離子電池技術發(fā)展的關鍵。鐵基材料由于具有高的理論容量、價格便宜等優(yōu)點,近年來成為下一代鋰離子電池負極材料研究的熱點。本論文選取鐵基材料的兩個典型代表氧化鐵(Fe2O3)和硫化亞鐵(FeS2)作為研究對象,結(jié)合石墨烯/還原氧化石墨烯(RGO)材料的高比表面積、高穩(wěn)定性和高導電率等優(yōu)勢,制備鐵基石墨烯復合材料,并研究了其作為新型鋰離子電池負極材料電化學性能,開展了如下工作:(1)Fe2O3/RGO復合材料的制備及其電化學性能研究:將氯化鐵溶液和氧化石墨烯(GO)溶液混合均勻后,通過一步水熱反應得到具有梭形結(jié)構(gòu)的Fe2O3/RGO復合材料。該方法簡單易行,且容易規(guī)�；a(chǎn)。所得樣品梭形結(jié)構(gòu)的Fe2O3顆粒較小,尺寸均一,且均勻地負載在RGO上,Fe2O3和RGO得到了良好的復合。該復合材料表現(xiàn)出了較高的可逆容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及較好的倍率性能,即在100 mA g-1條件下循環(huán)100次后,其可逆容量為613.3 mAh g-1,在300 mA g-1電流密度下循環(huán)200次后,其可逆容量仍達497.01 mAh g-1。相比于單純的Fe2O3,Fe2O3/RGO復合材料的電化學性能得到了極大的改善。(2)FeS2/RGO復合材料的制備及其電化學性能研究:將氯化鐵溶液、氧化石墨烯(GO)溶液和硫脲溶液混合均勻后,一步水熱法制備了多級微球FeS2/RGO復合材料,測試表明其具有優(yōu)異的儲鋰性能。該復合材料形貌獨特,RGO組成了交聯(lián)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),而FeS2則由小尺寸的塊狀晶體自組裝成微球,均勻地分布在還原氧化石墨烯片層上,或者包覆其中。這種獨特的形貌結(jié)構(gòu),不僅給電解液和電極提供了大的接觸面積,利于電子和鋰離子的擴散,在充放電過程中,還可以緩沖電化學活性材料FeS2產(chǎn)生的體積形變,同時也使得塊狀FeS2和RGO的協(xié)同作用進一步增強,電從而極大地提高了極的電導率。作為鋰離子電池負極材料,在100 mA g-1時,表現(xiàn)出了很高的初始容量,達到了1147 mAh g-1,循環(huán)了60圈以后,仍保持1001.41 mAh g-1的容量,大大超過了石墨負極的理論容量,表現(xiàn)出了很高的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：鋰離子電池 負極材料 石墨烯 Fe2O3 FeS2
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池概述10-16
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展簡介10-11
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理11-12
• 1.2.3 鋰離子電池的特點12-13
• 1.2.4 鋰離子電池正極材料13
• 1.2.5 鋰離子電池負極材料13-16
• 1.3 石墨烯及其儲能應用16-18
• 1.4 選題依據(jù)和研究內(nèi)容18-20
• 1.4.1 選題依據(jù)18
• 1.4.2 研究內(nèi)容18-20
• 第2章 實驗器材和表征測試20-24
• 2.1 實驗器材20-21
• 2.1.1 實驗材料與試劑20
• 2.1.2 實驗設備與儀器20-21
• 2.2 物理表征21-22
• 2.2.1 X射線衍射分析（XRD）21-22
• 2.2.2 掃描電鏡分析（SEM）22
• 2.2.3 透射電鏡分析（TEM）22
• 2.2.4 熱重-紅外光譜聯(lián)用（TG-IR）22
• 2.2.5 拉曼光譜（Raman）22
• 2.2.6 X射線光電子能譜（XPS）22
• 2.2.7 等離子體原子發(fā)射光譜（ICP）22
• 2.3 電化學表征22-24
• 2.3.1 鋰離子電池制備22-23
• 2.3.2 鋰離子電池測試23-24
• 第3章 梭形Fe_2O_3/石墨烯復合材料的水熱制備及其鋰電性能研究24-36
• 3.1 引言24-25
• 3.2 材料制備25
• 3.2.1 氧化石墨烯GO溶液的制備25
• 3.2.2 Fe_2O_3/RGO復合材料的制備25
• 3.3 物理表征與分析25-30
• 3.3.1 材料合成過程與分析25-26
• 3.3.2 XRD測試結(jié)果與分析26-27
• 3.3.3 TG測試結(jié)果與分析27-28
• 3.3.4 Raman測試結(jié)果與分析28
• 3.3.5 SEM、TEM測試結(jié)果與分析28-30
• 3.4 電化學性能測試與分析30-35
• 3.4.1 CV測試結(jié)果與分析30-31
• 3.4.2 充放電曲線分析31-32
• 3.4.3 循環(huán)性能測試與分析32-33
• 3.4.4 倍率性能測試與分析33-34
• 3.4.5 EIS測試與分析34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 FeS_2微球/石墨烯復合材料的水熱制備及其電化學性能研究36-52
• 4.1 引言36-38
• 4.2 材料制備38
• 4.2.1 氧化石墨烯GO的制備38
• 4.2.2 FeS_2/RGO復合材料的制備38
• 4.3 物理表征與分析38-44
• 4.3.1 材料合成過程與分析38-39
• 4.3.2 XRD測試與分析39-40
• 4.3.3 TG測試與分析40
• 4.3.4 Raman測試與分析40-41
• 4.3.5 XPS測試與分析41-42
• 4.3.6 SEM、TEM測試與分析42-44
• 4.4 電化學性能測試與分析44-51
• 4.4.1 CV測試與分析44-45
• 4.4.2 充放電曲線分析45-46
• 4.4.3 循環(huán)性能測試與分析46-50
• 4.4.4 倍率性能測試與分析50
• 4.4.5 EIS測試與分析50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 結(jié)論與展望52-54
• 5.1 結(jié)論52
• 5.2 本論文創(chuàng)新之處52
• 5.3 展望52-54
• 參考文獻54-65
• 致謝65-66
• 個人簡歷66-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文67

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