本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池，也就是我們通常所說(shuō)的蓄電池，，因其本身具有較高的輸出電壓、較高的能量密度、較高的安全性能、較好的循環(huán)性能、較小的自放電率、較高的充放電效率、無(wú)環(huán)境污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為新能源領(lǐng)域新一代的領(lǐng)導(dǎo)者，使得很多電子產(chǎn)品越來(lái)越輕便化、小型化。因此開(kāi)發(fā)具有低生產(chǎn)成本、高安全性能、高物化性能的鋰離子電池則成為當(dāng)務(wù)之急。鋰離子電池通常是由兩種不同的電極材料、電解液、隔膜和電池殼等組成，而負(fù)極材料作為重要組成部分，對(duì)其電化學(xué)性能有著非常重要的影響，因此負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰性能是鋰離子電池性能好壞的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)之一。 石墨烯是碳負(fù)極材料的后起之秀，是純粹的具有二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的單層碳原子，它具有較高的內(nèi)在載流子遷移率（200000cm2V-1s-1）、優(yōu)良的熱傳導(dǎo)率（5000Wm-1K-1）、非常高的光透過(guò)率（~97.7%）、較高的理論比表面積（2630m2g-1）和優(yōu)異的機(jī)械性能。具有這些獨(dú)特物化性質(zhì)的石墨烯滿(mǎn)足替代商業(yè)化的石墨負(fù)極成為鋰離子電池負(fù)極材料的條件，然而純石墨烯的能量密度無(wú)法滿(mǎn)足人們最初對(duì)它的預(yù)期，使得石墨烯應(yīng)用受到了很大的阻礙。 而在其他眾多的負(fù)極材料中，硅因自身?yè)碛泻芨叩睦碚摫热萘?200mAh/g，豐富的自然儲(chǔ)量，較低的操作電壓，較低的成本，成為最有前途的負(fù)極材料。但是在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子反復(fù)在硅納米顆粒中的嵌入和脫出使得硅納米顆粒出現(xiàn)劇烈的體積膨脹和收縮，結(jié)果導(dǎo)致硅納米顆粒的粉碎，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池結(jié)構(gòu)的破壞，最終造成鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性很差，壽命大大縮短。 本論文采用氧化還原和水浴自組裝的方法制備了氧化石墨烯、還原氧化石墨烯氣凝膠以及還原氧化石墨烯氣凝膠/硅納米顆粒復(fù)合材料，進(jìn)行表征并研究了其電化學(xué)性能。工作具體如下： 1、采用改良的Hummers法制備高純度的薄層甚至單層的氧化石墨烯水分散液，而后以還原劑抗壞血酸水浴自組裝還原制備三維多孔疏松的還原氧化石墨烯氣凝膠，通過(guò)SEM、TEM、AFM、Raman、XPS、FTIR等測(cè)試手段對(duì)所這兩種材料進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)的表征，并將后者裝配成紐扣半電池進(jìn)行電化學(xué)性能的測(cè)試。結(jié)果顯示，三維多孔疏松獨(dú)巨石結(jié)構(gòu)的的還原氧化石墨烯氣凝膠作鋰離子電池負(fù)極時(shí)具有良好的電化學(xué)性能。 2、采用機(jī)械超聲混合法把制備好的氧化石墨烯分散液和硅納米顆粒及改性后的硅納米顆�；旌希钥箟难釣檫�原劑水浴自組裝還原制備還原氧化石墨烯/硅納米顆粒氣凝膠、還原氧化石墨烯/改性硅納米顆粒氣凝膠，并對(duì)二者的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，然后裝配成扣式半電池進(jìn)行復(fù)合材料電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果顯示，改性后的硅納米顆粒與還原氧化石墨烯復(fù)合后具有更好的電化學(xué)性能，同時(shí)改善了硅納米顆粒的分散性、降低了還原氧化石墨烯氣凝膠片層的重新堆疊程度。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 三維多孔還原氧化石墨烯 納米硅 改性納米硅
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介12-15
• 1.1.1 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.1.2 鋰離子電池的充放電機(jī)理13-14
• 1.1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展14-15
• 1.2 鋰離子電池碳類(lèi)負(fù)極材料的概況15-20
• 1.2.1 石墨16
• 1.2.2 無(wú)定形碳16-17
• 1.2.3 碳納米管17-18
• 1.2.4 石墨烯18-19
• 1.2.5 石墨烯/金屬材料復(fù)合物19-20
• 1.3 鋰離子電池硅負(fù)極材料的概況20-23
• 1.3.1 單質(zhì)硅20-21
• 1.3.2 硅的合金復(fù)合物21
• 1.3.3 硅碳復(fù)合物21-23
• 1.4 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義23-26
• 1.4.1 本課題的研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.4.2 本課題的研究意義24
• 1.4.3 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)表征26-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與原材料26-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)原材料27-29
• 2.2 電級(jí)片的制備及紐扣電池的裝配29-30
• 2.2.1 電極片的制備29
• 2.2.2 紐扣鋰離子半電池的裝配29-30
• 2.3 電池的電化學(xué)性能測(cè)試30-31
• 2.3.1 電池充放電測(cè)試（Charge-Discharge）30
• 2.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）30-31
• 2.3.3 交流阻抗譜測(cè)試（EIS）31
• 2.4 形貌與結(jié)構(gòu)的表征31-34
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡（SEM）31-32
• 2.4.2 透射電子顯微鏡（TEM）32
• 2.4.3 傅里葉紅外光譜（FTIR）32
• 2.4.4 X 射線(xiàn)衍射（XRD）32
• 2.4.5 拉曼光譜（Raman）32
• 2.4.6 X 射線(xiàn)光電子能譜（XPS）32-33
• 2.4.7 熱重（TGA）33-34
• 第三章 還原氧化石墨烯氣凝膠的制備34-52
• 3.1 還原氧化石墨烯氣凝膠的制備35-37
• 3.1.1 氧化石墨烯的制備35-36
• 3.1.2 還原氧化石墨烯氣凝膠及其電極片制備36-37
• 3.2 氧化石墨烯和還原氧化石墨烯氣凝膠的形貌、結(jié)構(gòu)表征37-46
• 3.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）37-39
• 3.2.2 透射電子顯微鏡（TEM）39
• 3.2.3 原子力顯微鏡（AFM）39-40
• 3.2.4 X 射線(xiàn)衍射（XRD）40-42
• 3.2.5 紅外吸收光譜（FTIR）42-43
• 3.2.6 X 射線(xiàn)光電子能譜（XPS）43-45
• 3.2.7 拉曼激光光譜（Raman）45-46
• 3.3 還原石墨烯氣凝膠的電化學(xué)性能測(cè)試46-50
• 3.3.1 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）與交流阻抗譜（EIS）46-47
• 3.3.2 充放電循環(huán)曲線(xiàn)（Charge-Discharge）47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 還原氧化石墨烯/硅納米顆粒復(fù)合負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究52-64
• 4.1 石墨烯/硅納米顆粒復(fù)合負(fù)極材料的制備53-54
• 4.2 還原氧化石墨烯/硅納米顆粒氣凝膠復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)表征54-59
• 4.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）54-56
• 4.2.2 透射電子顯微鏡（TEM）56-57
• 4.2.3 X 射線(xiàn)衍射（XRD）57-59
• 4.3 還原氧化石墨烯/硅納米顆粒氣凝膠復(fù)合材料的電化學(xué)性能測(cè)試59-62
• 4.3.1 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）59-60
• 4.3.2 充放電循環(huán)測(cè)試（Charge-Discharge）60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第五章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 致謝74-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的科研項(xiàng)目76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張金章;黃藝吟;郭永榔;;負(fù)極材料石墨/SnO_2/無(wú)定形碳的電化學(xué)性能[J];電池;2010年04期

2 李昌明;趙靈智;劉志平;張仁元;李偉善;;鋰離子電池碳納米管負(fù)極材料儲(chǔ)鋰性能研究[J];化工新型材料;2009年06期

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：326099