本文選題：石墨烯 + 還原氧化　； 參考：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：石墨烯指從石墨上剝離下來的單層石墨片,僅一個原子厚度,是目前為止發(fā)現(xiàn)的最薄的二維納米碳材料,它的最基本重復(fù)單元是有機(jī)化學(xué)中最為穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)。石墨烯擁有很多優(yōu)異的特征,例如最薄最輕、高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、高載流子遷移率、自由的電子移動空間、高強(qiáng)度等,因此迅速崛起成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的一顆新星,在納米電子器件、催化劑、電池、電容器、光電子器件、新型復(fù)合材料以及傳感材料等許多方面有著很好的應(yīng)用前景。本論文中,運(yùn)用了還原氧化法和液相剝離法成功的制備出了層數(shù)較少的石墨烯,并對制備的樣品進(jìn)行了傅里葉變換紅外光譜(FTIR),掃描電鏡(SEM),拉曼光譜(Raman),X射線衍射(XRD),原子力顯微(AFM)測試表征。表征顯示制備的還原氧化石墨烯樣品為少層石墨烯,層數(shù)在4層以下;氧化石墨烯被氨水還原后,C=C鍵得到了修復(fù),降低了石墨烯的缺陷程度。同時我們運(yùn)用公認(rèn)導(dǎo)電性相對比較好的液相剝離法制備了石墨烯對比樣,用以評價我們制備出的氧化還原石墨烯在導(dǎo)電劑領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。液相剝離石墨烯樣品表面非常光滑,部分呈現(xiàn)出薄片狀且層數(shù)為3-6層,缺陷少,品質(zhì)高。但是液相剝離石墨烯在實(shí)際應(yīng)用中存在層數(shù)不均勻,難以滿足工業(yè)化要求。在本論文中還將制備的兩種石墨烯作為正極材料的導(dǎo)電劑應(yīng)用到鋰離子電池中,研究了其對鋰離子電池性能的影響。在本研究中,配制鋰離子電池正極漿料所用的粘結(jié)劑均為聚偏氟乙烯(PVDF);正極活性物質(zhì)都統(tǒng)一采用磷酸亞鐵鋰(LFP);而導(dǎo)電劑則采用不同比例導(dǎo)電炭黑和石墨烯的復(fù)合材料,組裝成的扣式電池在藍(lán)電電池測試系統(tǒng)上進(jìn)行測試。通過對比電池的充放電比容量、效率和充放電中壓等性能可看出:電池的充放電比容量呈現(xiàn)出先增大后減少的趨勢;而電池的充電中壓和放電中壓之間的差值則呈現(xiàn)出先減少后增大的趨勢。因此,可得出隨著導(dǎo)電劑中石墨烯添加量的增大,鋰離子電池的性能呈現(xiàn)出先提高后下降的規(guī)律。此外,在導(dǎo)電劑中還原氧化石墨烯和液相剝離石墨烯添加量相同的情況下,添加液相剝離石墨烯組裝的鋰離子電池性能比添加還原氧化石墨烯的優(yōu)良。最后,對充放電比容量、效率等性能最優(yōu)的一組電池進(jìn)行了充放電循環(huán)測試,結(jié)果顯示電池的循環(huán)性能穩(wěn)定良好。綜上,可以看出石墨烯作為導(dǎo)電劑,添加在鋰離子電池中能夠較大的改善鋰離子電池的性能。所以本論文將石墨烯作為一種導(dǎo)電材料,在提高鋰電池性能方面的研究具有一定的借鑒意義。
[Abstract]:Graphene refers to a single layer of graphite strip stripped from graphite, with only one atomic thickness, which is the thinnest two-dimensional nano-carbon material found so far. Its most basic repeating unit is the most stable benzene ring structure in organic chemistry. Graphene has many excellent features, such as thinnest and lightest, high conductivity and thermal conductivity, high carrier mobility, free electron moving space, high intensity, etc. So it's a rising star in material science and condensed matter physics, in nanoscale electronic devices, catalysts, batteries, capacitors, optoelectronic devices, New composite materials and sensing materials have good application prospects. In this thesis, graphene with less layers was successfully prepared by reductive oxidation and liquid phase stripping. The samples were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy (Raman spectrum) and atomic force microscopy (AFM). The results showed that the reduced graphene was less than 4 layers, and the C bond was repaired after the reduction of graphene by ammonia, which reduced the defect degree of graphene. At the same time, we have prepared graphene contrast samples by liquid phase stripping method, which has relatively good electrical conductivity, to evaluate the application of redox graphene in the field of conductive agent. The surface of graphene in liquid phase is very smooth, some of them are flake, and the number of layers is 3-6, the defects are less and the quality is high. However, liquid phase exfoliation of graphene is difficult to meet the requirement of industrialization because of the uneven number of layers in practical application. In this thesis, two kinds of graphene were also used as cathode materials in lithium ion battery, and the effect of them on the performance of lithium ion battery was studied. In this study, the binders used in the preparation of positive paste for lithium-ion batteries were polyvinylidene fluoride (PVDF), lithium ferrous phosphate (LFPN), and conductive agents for different proportions of conductive carbon black and graphene composites. The assembled button battery is tested on the blue battery test system. By comparing the charge-discharge capacity, efficiency and mid-voltage of charge and discharge, it can be seen that the charge / discharge specific capacity of the battery increases first and then decreases; However, the difference between the middle voltage of charge and the middle voltage of discharge shows a tendency of decreasing first and then increasing. Therefore, with the increase of graphene content in the conductive agent, the performance of lithium-ion battery increases first and then decreases. In addition, when the amount of reduced graphene oxide and liquid phase exfoliated graphene is the same, the performance of lithium-ion battery assembled by adding liquid phase peeling graphene is better than that of adding reduced graphene oxide. Finally, a group of batteries with the best performance such as charge-discharge capacity and efficiency are tested, and the results show that the cycle performance of the battery is stable and good. It can be seen that graphene as a conductive agent can improve the performance of lithium-ion battery greatly. Therefore, graphene is regarded as a conductive material in this thesis, which has some reference significance in improving the performance of lithium battery.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;TM912

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本文編號：1823645