本文關(guān)鍵詞：石墨烯的制備及在鋰電池的運(yùn)用中對(duì)電池性能的影響

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【摘要】：石墨烯是僅僅只有一個(gè)碳原子厚度的Sp~2雜化的二維新型材料,由于其具有良好的導(dǎo)電性,較大的比表面積,優(yōu)越的機(jī)械性,被認(rèn)為是一種很有前途的鋰離子電池陽(yáng)極材料。目前,可供選擇的替代陽(yáng)極材料如硅、鍺、錫和鋁等走向商業(yè)化還有一些技術(shù)難點(diǎn)需要突破,而石墨烯由于其優(yōu)良的機(jī)械和電化學(xué)穩(wěn)定性擁有更大的可能性。事實(shí)上,由于石墨烯陽(yáng)極在商業(yè)應(yīng)用中的可行性,在過(guò)去的幾年里,研究人員已經(jīng)逐漸開(kāi)始將他們的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以石墨烯為基礎(chǔ)的陽(yáng)極。目前的鋰離子電池采用石墨陽(yáng)極,進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為石墨烯陽(yáng)極不需要原材料的重大改變。本文制備出氧化石墨烯并采用不同的還原方法還原氧化石墨烯,然后采用還原氧化石墨烯(RGO)制備石墨烯金屬氧化物復(fù)合材料,然后用復(fù)合材料制備鋰電池陽(yáng)極并采用三電極電池測(cè)試其電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)材料的電化學(xué)性能得到了極大的提高,具體研究結(jié)果如下：采用發(fā)煙濃硫酸還原氧化石墨烯(SRGO)。通過(guò)XPS和拉曼光譜證明了還原顯著修復(fù)了因氧化而破壞的石墨烯共軛體系,SRGO的電導(dǎo)率相比氧化石墨烯(GO)提高四個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)比其他的石墨烯的包覆方法,本文提出的方法不需要熱處理,使石墨烯能夠包覆熱不穩(wěn)定氧化物粒子,實(shí)驗(yàn)制備的Ni/Fe2O3納米顆粒能均勻分布在SRGO表面,在電流密度(C/20)下相比未包覆的顆粒,SRGO包覆的納米材料制備的電極的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)了。制備SnS/RGO復(fù)合材料作為鋰電池陽(yáng)極材料,材料制備過(guò)程中,氧化石墨烯(G0)從水膠體分離并轉(zhuǎn)移到N,N-二甲基甲酰胺基,鹽酸和乙醇添加對(duì)氧化石墨烯從水膠體中分離起著至關(guān)重要的作用。復(fù)合電極可以在電位區(qū)間為0.01-2.5 V內(nèi)可逆循環(huán),具有比容量630 mA. h.g-1,這比單獨(dú)硫化錫陽(yáng)極高得多,此外,CMC黏結(jié)劑的電極顯示出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。采用二氧化錳／RGO復(fù)合材料作為陽(yáng)極材料,納米復(fù)合材料具有介孔結(jié)構(gòu)和高比表面積,相比Mn02納米材料�？梢蕴峁└嗟碾娀瘜W(xué)反應(yīng)區(qū)域,同時(shí)由于石墨烯的優(yōu)異的電導(dǎo)率及Li離子快速擴(kuò)散,復(fù)合材料明顯提高了電極的比容量及倍率性能,此外,介孔二氧化錳／RGO納米復(fù)合材料可以緩沖重復(fù)轉(zhuǎn)換反應(yīng)中的MnO2的體積擴(kuò)張,使循環(huán)性能優(yōu)良。而且發(fā)生在MnO和Mn304之間的額外的轉(zhuǎn)換反應(yīng)進(jìn)一步增加了電極的比電容及首次庫(kù)倫效率�；谀壳颁囯姵仃帢O性能的嚴(yán)重不足,本文制備石墨烯鋰復(fù)合材料并作為鋰離子陰極。使用石墨烯鋰反電極和石墨烯陽(yáng)極使鋰離子電池具有全碳結(jié)構(gòu)且還具有許多優(yōu)勢(shì)。首先,通過(guò)不使用鈷而減少毒性使環(huán)境具有可持續(xù)性。此外,通過(guò)不使用許多以摻雜物的形式進(jìn)入商業(yè)陰極的金屬(鎳、鋁、鐵和銅)和導(dǎo)電添加劑可以顯著降低電極的成本。相比之下,全碳電池基本上由碳陽(yáng)極和石墨烯鋰反電極組成,大大減少電極的成本和復(fù)雜性。最后,通過(guò)在反電極中結(jié)合純金屬鋰來(lái)顯著的提高比容量,降低了陰極的重量,也沒(méi)有添加其他金屬化合物。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 石墨烯鋰電池 陽(yáng)極材料 陰極材料
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 石墨烯的制備12
• 1.2 石墨烯應(yīng)用12-13
• 1.2.1 石墨烯導(dǎo)電薄膜12
• 1.2.2 超級(jí)電容器12-13
• 1.2.3 鋰離子電池材料添加劑13
• 1.2.4 石墨烯/金屬?gòu)?fù)合材料13
• 1.3 離子電池的應(yīng)用13-14
• 1.4 鋰離子電池的要求14
• 1.5 鋰電池石墨烯陽(yáng)極材料14-17
• 1.6 鋰電池陰極材料及現(xiàn)有技術(shù)17-20
• 1.6.1 陰極的現(xiàn)有技術(shù)18-20
• 1.7 本文的研究意義20-22
• 第2章 Ni/Fe_2O_3/石墨烯復(fù)合材料的制備及其鋰電性能研究22-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分22-23
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備22
• 2.1.3 石墨烯氧化物合成22-23
• 2.1.4 鎳/Fe_2O_3納米粒子的合成23
• 2.1.5 無(wú)機(jī)納米粒子的功能化23
• 2.1.6 電池制備及電化學(xué)表征23
• 2.2 結(jié)果與表征23-28
• 2.2.1 結(jié)構(gòu)與形態(tài)表征23-26
• 2.2.2 電化學(xué)表征26-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第3章 SnS/石墨烯復(fù)合材料的制備及其鋰電陽(yáng)極性能研究29-43
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑29
• 3.1.2 硫化錫納米粒子合成29
• 3.1.3 氧化石墨烯(GO)的制備29
• 3.1.4 GO-DMF膠體的制備29-30
• 3.1.5 還原氧化石墨烯(RGO)/硫化錫(SnS)納米復(fù)合粒子的制備30
• 3.1.7 電池制備及電化學(xué)表征30-31
• 3.2 結(jié)果與表征31-42
• 3.2.1 電極材料表征和分析31-36
• 3.2.2 電化學(xué)表征與分析36-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 MnO_2/石墨烯復(fù)合材料的制備及其鋰電陽(yáng)極性能研究43-53
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分43-44
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑43
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備43
• 4.1.3 氧化石墨烯的制備43
• 4.1.4 氧化石墨烯還原43
• 4.1.5 制備二氧化錳/RGO納米復(fù)合材料和MnO_2納米顆粒43-44
• 4.1.6 電池制備及電化學(xué)測(cè)試44
• 4.2 結(jié)果與表征44-52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第5章 石墨烯/鋰金屬?gòu)?fù)合材料的制備及鋰電池陰極中的應(yīng)用53-58
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分53-55
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑53
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備53
• 5.1.3 氧化石墨烯制備53
• 5.1.4 閃光還原氧化石墨烯鋰陰極制備53-55
• 5.1.5 半電池制備及電化學(xué)測(cè)試55
• 5.2 結(jié)果與表征55-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第6章 全文總結(jié)與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 致謝68

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