本文關(guān)鍵詞：自支撐石墨烯基膜材料的制備及其電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：隨著科技的迅猛發(fā)展,各種小體積、高容量、輕質(zhì)量的便攜式電子設(shè)備及新能源汽車的應(yīng)用越發(fā)普遍,只有開發(fā)出具有高能量密度、循環(huán)性能好的儲(chǔ)能設(shè)備才能滿足各式電子產(chǎn)品對(duì)電源的需求�？沙潆姸武囯x子電池因其較高的質(zhì)量能量密度、較長的循環(huán)壽命以及較好的穩(wěn)定性等而備受關(guān)注。為了研制出具有柔性、質(zhì)輕且容量高的鋰離子電池,其電極材料的選擇和制備則顯得極其關(guān)鍵。石墨烯(GNs)是一種具有二維層狀結(jié)構(gòu)的新型碳材料,它不僅具有杰出的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能,而且柔韌性也非常好,是制備柔性電極材料的理想選擇。本論文采用簡單、可擴(kuò)大的兩步法分別制備出了三類不同的GNs基膜材料：還原氧化石墨烯膜(rGOM)、碳納米管/石墨烯(CNTs/GNs)二元復(fù)合膜以及Fe_2O_3/石墨烯/碳納米管(Fe_2O_3/GCNTs)三元復(fù)合膜,通過SEM、TEM、 XRD、Raman及XPS等表征方法對(duì)所制備的膜材料進(jìn)行了表征,并將該三類GNs基膜在不添加任何粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的情況下獨(dú)自用作鋰離子電池的負(fù)極材料,對(duì)它們的各項(xiàng)電化學(xué)表現(xiàn)分別進(jìn)行了分析測(cè)試。具體研究內(nèi)容如下：采用兩步法真空抽濾及化學(xué)還原(HI)法制備出了6種不同厚度的rGOM,SEM測(cè)試結(jié)果表明,膜厚度對(duì)材料的微觀形貌及結(jié)構(gòu)沒有明顯的影響,但是它們的電化學(xué)性能存在較大差別,其中只有厚度為2.5 μm的rGOM具有較優(yōu)的倍率性能和較好的循環(huán)性能。采用兩步法抽濾和熱還原法制備出3種不同比例的CNTs/GNs復(fù)合膜,SEM顯示,3種比例的CNTs/GNs復(fù)合膜微觀形貌相近,用作鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí),3種復(fù)合膜中只有CNTs/GNs=1:3電極的倍率性能、循環(huán)壽命以及庫倫效率最好。采用兩步法抽濾和熱還原法制備了具有三維結(jié)構(gòu)的Fe_2O_3/GCNTs三元復(fù)合膜,SEM和TEM表明,Fe_2O_3顆粒呈球狀,其平均直徑為～750 nm,均勻的鑲嵌在GCNTs三維框架之中,這有效緩解了Fe_2O_3在反復(fù)充放電過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象,同時(shí)也使得該復(fù)合膜電極展示出突出的電化學(xué)特性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 膜材料 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM910
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 引言10
• 1.2 化學(xué)電源簡介10-15
• 1.2.1 一次電池11
• 1.2.2 二次電池11-13
• 1.2.3 燃料電池13-14
• 1.2.4 激活電池14
• 1.2.5 電化學(xué)電容器14-15
• 1.3 鋰離子電池15-19
• 1.3.1 鋰離子電池工作原理15-16
• 1.3.2 鋰離子電池正極材料16-17
• 1.3.3 鋰離子電池隔膜17-18
• 1.3.4 鋰離子電池電解質(zhì)18-19
• 1.3.5 鋰離子電池負(fù)極材料19
• 1.4 碳基負(fù)極材料19-24
• 1.4.1 石墨20-21
• 1.4.2 石墨烯21-22
• 1.4.3 碳納米管22-23
• 1.4.4 中間相碳微球(MCMB)23-24
• 1.5 石墨烯基膜材料24-26
• 1.6 本論文研究目的、意義和主要研究內(nèi)容26-28
• 參考文獻(xiàn)28-32
• 第二章 試劑及實(shí)驗(yàn)方法32-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器32-33
• 2.1.1 化學(xué)試劑32-33
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器33
• 2.2 樣品常用的表征方法33-35
• 2.2.1 X射線衍射法(XRD)33-34
• 2.2.2 X射線光電子能譜測(cè)試(XPS)34
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡測(cè)試(SEM)34
• 2.2.4 透射電子顯微鏡測(cè)試(TEM)34
• 2.2.5 選區(qū)電子衍射圖測(cè)試(SAED)34
• 2.2.6 比表面積測(cè)試(BET)34
• 2.2.7 電化學(xué)阻抗譜測(cè)試(EIS)34-35
• 2.2.8 循環(huán)伏安法測(cè)試(CV)35
• 2.2.9 充放電循環(huán)測(cè)試35
• 2.2.10 循環(huán)壽命測(cè)試35
• 2.3 紐扣電池的組裝35-37
• 第三章 不同厚度自支撐還原氧化石墨烯膜的制備及其電化學(xué)性能的比較研究37-55
• 3.1 引言37-38
• 3.2 不同厚度自支撐還原氧化石墨烯膜的制備及其電化學(xué)性能的比較研究38-50
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-50
• 3.3 本章小結(jié)50-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 第四章 不同比例自支撐碳納米管/石墨烯復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能的比較研究55-69
• 4.1 引言55-56
• 4.2 不同比例自支撐碳納米管/石墨烯復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能的比較研究56-64
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分56-57
• 4.2.2 結(jié)果與討論57-64
• 4.3 本章小結(jié)64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 第五章 自支撐Fe_2O_3/石墨烯/碳納米管三元復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能的研究69-87
• 5.1 引言69-70
• 5.2 自支撐Fe_2O_3/石墨烯/碳納米管三元復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能的研究70-82
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)部分70-71
• 5.2.2 結(jié)果與討論71-82
• 5.3 本章小結(jié)82-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 總結(jié)87-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果89-90
• 致謝90

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