石墨烯基多元复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-11-15 09:39

  本文关键词：石墨烯基多元复合材料的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：锂离子电池作为一种新型的高性能可移动电源,具有能量密度高、使用寿命长、安全性好、无污染等优点,在新能源汽车、电力电网、通信基站等领域有着重要应用；但是现阶段,电极材料的更新换代成为了锂离子电池发展的瓶颈。石墨烯具备超高的导电性、超大的比表面积和良好的机械强度,因而成为了锂离子电池负极材料研究的热点,而由石墨烯为基底构筑的多孔材料拥有更多突出的性能。石墨烯有很强的机械强度,因此其组成的多孔结构强度很高,有助于缓解多孔结构的拉伸压缩性能；而且,多孔材料的通道有助于电解液的浸润,石墨烯优异的导电性也更有利于电荷的传输和转移；再有,石墨烯优异的化学稳定性和热稳定使多孔材料能够承受恶劣条件的冲击。二氧化钛具有电压高、价格低廉、环境友好而且脱嵌锂过程中的体积变化较小等优势,被认为是极具应用潜力的锂离子电池负极材料；但是,二氧化钛具有电导率低这个致命的弱点,使得它作为电极材料的应用受到了限制。本文以石墨烯基材料为研究对象,采用原位生长的方法在其表面构筑二氧化钛纳米颗粒,再通过水热的方法构筑三维多孔结构,设计合成了一系列高性能的石墨烯基锂离子电池负极材料。具体的研究内容如下：(1)通过一种简便、温和的方法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长Ti02纳米颗粒,再通过水热自组装形成三维多孔骨架结构,得到Ti02纳米颗粒负载的三维多孔石墨烯骨架复合材料(TiO2/GFs)。(2)为了进一步改善TiO2/GFs作为负极材料的锂电性能,我们用原位聚合的方法,引入导电聚合物：聚苯胺。我们同时采用了两种不同的方法：①先在氧化石墨烯表面聚合苯胺,然后再水热生长金属氧化物同时还原氧化石墨烯,得到三元杂化的复合材料。②同样先在氧化石墨烯表面聚合苯胺,然后80℃缓慢长金属氧化物,最后通过水热还原氧化石墨烯,得到了二维三元杂化的纳米片材料。(3)我们进一步引入导电聚合物聚乙烯亚胺(PEI),以聚乙烯亚胺-氧化石墨烯作为基底来生长TiO2,来构建三元的二维纳米杂化材料。先在将氧化石墨烯和聚乙烯亚胺混合,然后80℃缓慢长金属氧化物,最后通过水热来还原氧化石墨烯,得到了二维三元杂化的纳米片材料。
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM912
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本文编号：1189258