锂硫电池石墨烯/纳米硫复合正极材料的制备及电化学性能
发布时间：2021-04-02 22:06
利用热解还原将Hummers法制得的氧化石墨烯还原为石墨烯,并采用化学沉淀法将纳米硫成功负载到石墨烯片层上,获得石墨烯/纳米硫（RGO/nano-S）正极复合材料。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM和Raman对所制备复合材料的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,热还原所得石墨烯褶皱的表面形成容纳硫及多硫离子的空间,有助于缓解活性物质溶解和抑制多硫离子迁移;同时,均匀分布的纳米硫能更好地与电解液接触,在石墨烯的导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善了该材料作为锂硫电池的实际放比电容量和倍率循环性能。
【文章来源】：化工学报. 2016,67(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
石墨、GO和RGO的FT-IR谱图
烯GO在3413cm1处出现的吸收峰，是由OH的伸缩振动引起；在1722cm1处的吸收峰归属于氧化石墨烯羧基上CO的伸缩振动；1064cm1处的吸收峰对应于COC的振动，而864cm1附近的吸收峰由环氧基所致。RGO在3000～3700cm1范围内存在一个较弱的吸收峰，可能是少量的水分子和部分未被还原的OH所致，同时在1637cm1附近出现CC的吸收峰，而其他含氧官能团的吸收峰变弱甚至消失。通过比较石墨、GO和RGO的FT-IR红外谱图线，热解法所制的石墨烯的含氧基团已经较为彻底脱去。2.1.2石墨烯和石墨烯/纳米硫的XRD表征图2为原料石墨、GO、RGO、S和RGO/nano-S的XRD谱图，从图中可知，石墨在2θ26°的位置出现一个明显的（002）特征衍射峰，峰形尖锐且强度大，图1石墨、GO和RGO的FT-IR谱图Fig.1FT-IRspectraofgraphite,GOandRGO图2石墨、GO、RGO、S和RGO/nano-S的XRD谱图Fig.2XRDpatternsofgraphite,GO,RGO,SandRGO/nano-S表明石墨具有很好结晶性；经过氧化后，（002）特征峰消失，在10.8°出现了属于GO的（001）特征峰[13]，表明石墨的晶体结构在氧化后已遭到破坏。而通过热解还原方法获得的RGO在26°出峰，与石墨特征峰位置相近，但衍射峰明显变宽，强度下降，呈现出石墨烯的非晶态结构。这可能是由于经还原后，石墨片层尺寸变小，晶体的完整性下降，使之呈现无定形碳结构。石墨烯/纳米硫复合材料与单质硫特征衍射峰基本重合，说明硫被负载到了复合材料中，并且纳米硫以结晶态的形式存在。2.1.3石墨烯和石墨烯/纳米硫的微观形貌表征图3（a）是RGO的SEM图。从图可以看出热解法还原的RGO呈现手风琴褶皱状，并清晰显示石墨图3RGO的SEM图和RGO/nano-S的TEM图及能谱图Fig.3SEMimageofRGO,TEMimageandelementalmappingofRGO/
卣?峰[13]，表明石墨的晶体结构在氧化后已遭到破坏。而通过热解还原方法获得的RGO在26°出峰，与石墨特征峰位置相近，但衍射峰明显变宽，强度下降，呈现出石墨烯的非晶态结构。这可能是由于经还原后，石墨片层尺寸变小，晶体的完整性下降，使之呈现无定形碳结构。石墨烯/纳米硫复合材料与单质硫特征衍射峰基本重合，说明硫被负载到了复合材料中，并且纳米硫以结晶态的形式存在。2.1.3石墨烯和石墨烯/纳米硫的微观形貌表征图3（a）是RGO的SEM图。从图可以看出热解法还原的RGO呈现手风琴褶皱状，并清晰显示石墨图3RGO的SEM图和RGO/nano-S的TEM图及能谱图Fig.3SEMimageofRGO,TEMimageandelementalmappingofRGO/nano-S
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向应用的石墨烯制备研究进展[J]. 何大方,吴健,刘战剑,沈丽明,汪怀远,暴宁钟. 化工学报. 2015(08)
[2]高比能锂硫电池正极材料[J]. 陈人杰,赵腾,李丽,陈君政,吴锋. 中国科学:化学. 2014(08)
[3]硫含量和集流体类型对锂硫电池性能的影响[J]. 王雪丽,魏俊华,王庆杰,林甘红. 电池. 2013(03)
[4]尖晶石锂锰氧化物锂离子嵌脱过程的交流阻抗谱研究[J]. 吕东生,李伟善. 化学学报. 2003(02)
本文编号：3116045
【文章来源】：化工学报. 2016,67(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
石墨、GO和RGO的FT-IR谱图
烯GO在3413cm1处出现的吸收峰，是由OH的伸缩振动引起；在1722cm1处的吸收峰归属于氧化石墨烯羧基上CO的伸缩振动；1064cm1处的吸收峰对应于COC的振动，而864cm1附近的吸收峰由环氧基所致。RGO在3000～3700cm1范围内存在一个较弱的吸收峰，可能是少量的水分子和部分未被还原的OH所致，同时在1637cm1附近出现CC的吸收峰，而其他含氧官能团的吸收峰变弱甚至消失。通过比较石墨、GO和RGO的FT-IR红外谱图线，热解法所制的石墨烯的含氧基团已经较为彻底脱去。2.1.2石墨烯和石墨烯/纳米硫的XRD表征图2为原料石墨、GO、RGO、S和RGO/nano-S的XRD谱图，从图中可知，石墨在2θ26°的位置出现一个明显的（002）特征衍射峰，峰形尖锐且强度大，图1石墨、GO和RGO的FT-IR谱图Fig.1FT-IRspectraofgraphite,GOandRGO图2石墨、GO、RGO、S和RGO/nano-S的XRD谱图Fig.2XRDpatternsofgraphite,GO,RGO,SandRGO/nano-S表明石墨具有很好结晶性；经过氧化后，（002）特征峰消失，在10.8°出现了属于GO的（001）特征峰[13]，表明石墨的晶体结构在氧化后已遭到破坏。而通过热解还原方法获得的RGO在26°出峰，与石墨特征峰位置相近，但衍射峰明显变宽，强度下降，呈现出石墨烯的非晶态结构。这可能是由于经还原后，石墨片层尺寸变小，晶体的完整性下降，使之呈现无定形碳结构。石墨烯/纳米硫复合材料与单质硫特征衍射峰基本重合，说明硫被负载到了复合材料中，并且纳米硫以结晶态的形式存在。2.1.3石墨烯和石墨烯/纳米硫的微观形貌表征图3（a）是RGO的SEM图。从图可以看出热解法还原的RGO呈现手风琴褶皱状，并清晰显示石墨图3RGO的SEM图和RGO/nano-S的TEM图及能谱图Fig.3SEMimageofRGO,TEMimageandelementalmappingofRGO/
卣?峰[13]，表明石墨的晶体结构在氧化后已遭到破坏。而通过热解还原方法获得的RGO在26°出峰，与石墨特征峰位置相近，但衍射峰明显变宽，强度下降，呈现出石墨烯的非晶态结构。这可能是由于经还原后，石墨片层尺寸变小，晶体的完整性下降，使之呈现无定形碳结构。石墨烯/纳米硫复合材料与单质硫特征衍射峰基本重合，说明硫被负载到了复合材料中，并且纳米硫以结晶态的形式存在。2.1.3石墨烯和石墨烯/纳米硫的微观形貌表征图3（a）是RGO的SEM图。从图可以看出热解法还原的RGO呈现手风琴褶皱状，并清晰显示石墨图3RGO的SEM图和RGO/nano-S的TEM图及能谱图Fig.3SEMimageofRGO,TEMimageandelementalmappingofRGO/nano-S
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向应用的石墨烯制备研究进展[J]. 何大方,吴健,刘战剑,沈丽明,汪怀远,暴宁钟. 化工学报. 2015(08)
[2]高比能锂硫电池正极材料[J]. 陈人杰,赵腾,李丽,陈君政,吴锋. 中国科学:化学. 2014(08)
[3]硫含量和集流体类型对锂硫电池性能的影响[J]. 王雪丽,魏俊华,王庆杰,林甘红. 电池. 2013(03)
[4]尖晶石锂锰氧化物锂离子嵌脱过程的交流阻抗谱研究[J]. 吕东生,李伟善. 化学学报. 2003(02)
本文编号：3116045
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