發(fā)布時間：2021-02-09 15:25

　　石墨烯是一種具有諸多優(yōu)異物理性質(zhì)的新型二維材料,其極高的比表面積與電子遷移率使其在電化學(xué)儲能材料方面具有巨大的潛力。然而,常見的石墨烯制備方法成本高、產(chǎn)量低,且部分制備方法如氧化還原法會破壞電子結(jié)構(gòu),影響其導(dǎo)電能力。而對于鋰離子電池負極材料而言,一方面,需要石墨烯具有完好的晶格結(jié)構(gòu),以保證其高導(dǎo)電能力;另一方面需要在兼顧性能的同時,降低生產(chǎn)成本。本課題以制備可用于鋰離子電池的高性能負極材料為出發(fā)點,以天然鱗片石墨為原料,利用物理法即流體輔助超臨界二氧化碳法剝離制備出石墨烯粉體。實驗結(jié)果表明,剝離過程中,天然石墨的層數(shù)隨著剝離次數(shù)的增加而隨之減少,同時在剝離過程中會不斷增加材料的缺陷。之后根據(jù)不同粒徑分布區(qū)間對石墨烯進行篩分以便探索材料的最佳尺寸。電化學(xué)測試結(jié)果表明,隨著剝離次數(shù)的增加,材料的負極容量也隨之增加,當剝離次數(shù)為10次時,在50 m A/g的電流密度下其容量可以達到459 m Ah/g左右,高于商業(yè)石墨（400 m Ah/g）的容量。而針對不同粒徑分布的電化學(xué)測試結(jié)果表明,隨著粒徑的減少,材料的容量隨之增加,但是當材料的粒徑下降到一定程度后,則基本上不再增加。當材料尺寸介于4... 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯物理結(jié)構(gòu)和單層石墨烯Fig.1.1Graphenephysicalstructureandsinglelayergraphene

中國石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文-5-體的可壓縮性同時又存在液體的流動性。由于超臨界流體所具備的性質(zhì)，使其可以很方便地替代一些有機溶劑。Pu等人首先通過超臨界流體剝離法成功制備出寡層石墨烯，通過原子力顯微鏡以及透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)大多數(shù)石墨烯在10層左右[24]。Gao等人通過對超臨界流體剝離裝置反應(yīng)器施加額外超聲波的方式成功制備出大量的少層石墨烯，通過拉曼光譜和原子力顯微鏡觀察證實石墨烯產(chǎn)品具有24%的單層石墨烯、44%的雙層石墨烯，26%的三層石墨烯。石墨烯產(chǎn)品的層數(shù)和面積可以通過調(diào)控實驗環(huán)境參數(shù)來進行控制。最佳實驗條件下單次超聲輔助超臨界流體剝離可以獲得16.7wt%的0.5-5.0μm的石墨烯。而通過重復(fù)剝離過程可以輕松地將產(chǎn)率提高到45-50wt%[25]。超臨界流體剝離法可以在不引入缺陷且保留石墨烯完整晶體結(jié)構(gòu)的前提下，剝離制備出層數(shù)較少的石墨烯。除此以外，該方法還具有原料廉價易得、超臨界流體方便可回收、操作工序簡單、工藝周期時間短，且對環(huán)境極為友好等優(yōu)點。這些優(yōu)勢使得該方法成為高效的石墨烯批量化工業(yè)化制備途徑。圖1.2（a）化學(xué)氣相沉積法，（b）外延生長法，（c）氧化還原法，（d）微機械剝離法，（e）液相剝離法，（f）超臨界流體剝離法Fig.1.2(a)Chemicalvapordeposition,(b)Epitaxialgraphene,(c)reducedgrapheneoxide,(d)Micromechanicalexfoliation,(e)Exfoliationofgraphiteinsolvents,(f)Supercriticalfluidexfoliation綜合上述多種石墨烯的制備方法，可以發(fā)現(xiàn)不同的制備方法存在不同的優(yōu)缺點，有時需要根據(jù)實際需求來判斷應(yīng)當選用何種方法進行合成制備。例如如果需要從事光學(xué)或者半導(dǎo)體性能的研究，則需要制備薄膜，則應(yīng)當選取化學(xué)氣相沉積法或

中國石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文-9-圖1.3鋰離子電池結(jié)構(gòu)原理示意圖，（a）放電過程，（b）充電過程Fig.1.3Schematicdiagramofthestructureoflithiumionbattery,(a)discharge,(b)charge電解液在鋰電池中主要起到在正負極之間傳導(dǎo)鋰離子的作用。這通常要求電解液具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，與正極材料、負極材料、隔膜、粘結(jié)劑等不發(fā)生作用，且其具備較高的介電常數(shù)、較低的粘度，較小的離子遷移阻力等。除此以外，電解液應(yīng)當能在寬范圍的溫度條件下工作和具備較高的循環(huán)效率。一般而言，鋰離子電池的電解液是將電解質(zhì)鋰鹽同相應(yīng)的有機溶劑按照一定的比例在特定條件下配制而成�，F(xiàn)在商業(yè)上常用的有機溶劑主要是碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯等環(huán)狀與鏈狀酯，電解質(zhì)為六氟磷化鋰、六氟硼化鋰、高氯酸鋰等鋰鹽[41]。鋰電池在充放電過程中，鋰離子會在正極和負極之間轉(zhuǎn)移傳遞，其具體工作原理如下，以石墨作為負極，磷酸鐵鋰作為正極的鋰離子電池為例，當充電時，鋰離子從正極磷酸鐵鋰中脫嵌通過電解液穿越隔膜進入負極石墨當中，這一過程發(fā)生的反應(yīng)如下：正極上的反應(yīng)為：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi+xe-負極上的反應(yīng)為：


本文編號：3025843