石墨烯包覆硒基化合物复合材料的制备及其锂离子电池性能研究

发布时间：2017-04-25 00:09

  本文关键词：石墨烯包覆硒基化合物复合材料的制备及其锂离子电池性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要利用石墨烯制作纳米复合材料来实现高比容量高稳定性的锂离子电池材料。我们首先开发出了一种绿色、简单、快速、低成本的石墨烯包覆纳米材料的方法,实现了石墨烯异位包覆的简单化,并测试了其中一个复合物一氧化石墨烯包覆SnSe纳米棒的锂离子电池性能；然后将石墨烯、导电聚合物与SeS2结合制备了核壳结构的纳米复合物,并成功地应用于锂离子电池电极材料。主要内容分为以下两个方面：1.基于氧化石墨烯上的含氧官能团和负电荷,选择了一种环境友好、价格低廉、资源丰富、含氨基官能团的天然多分子糖——壳聚糖作为辅助剂,利用氧化石墨烯和壳聚糖正负电荷的相互吸引和含氧官能团与氨基之间的氢键作用,将二者构成三维交联网络,与此同时将任意形貌的纳米材料包覆于石墨烯片层的内部。这一方法快速简单温和,只需通过室温下两分钟的搅拌即可实现完好的包覆,通过这一方法我们制备了氧化石墨烯包覆SnSe纳米棒(GO@SnSe)、氧化石墨烯包覆Fe203纳米(GO@Fe2O3)、氧化石墨烯包覆CoSn(OH)6纳米立方块(GO@CoSn(OH)6)、氧化石墨烯包覆Se单质纳米球(GO@Se)一系列复合物。这些氧化石墨烯包覆纳米晶的扫描照片和透射照片都显示出氧化石墨烯片能够完好地把纳米晶包覆在片层内部。为了验证此包覆方法的实际应用价值,我们选择GO@SnSe纳米复合材料作为研究对象,来研究其电化学性能,结果发现GO@SnSe纳米复合材料表现出比单独SnSe电极材料表现出更优异的反应可逆性、循环稳定性和倍率性能,在100 mA g-1电流密度下,经过100次充放电循环,GO@SnSe纳米复合材料的放电比容量依然维持在764 mA h g-1。2.在室温水溶液中合成出了SeS2纳米立方块,并在此纳米立方块的外层利用苯胺在低温下的自聚合效应包覆上一层聚苯胺,再利用聚苯胺和氧化石墨烯上官能团的相互作用,形成氧化石墨烯(GO)包覆核壳结构的SeS2@PANI纳米立方块,最后用HI溶液将氧化石墨烯稍微的还原一下,得到还原石墨烯(RGO)包覆核壳结构的SeS2@PANI纳米立方块,表示为SeS2@PANI/RGO。此复合电极材料的电化学性能相对于单独的SeS2纳米立方块有了很大的提高,表现出很稳定的循环性能和倍率性能。在电压窗口为1.7-2.8 V、电流密度为100 mA g-1的电化学循环条件下,经过100次充放电循环,SeS2@PANI/RGO复合材料放电比容量保持在接近于600 mA h g-1,且当逐渐加大电流密度(从50-1000 mAg-1)时,循环曲线在每一个电流密度下仍能保持稳定,且在大电流密度(1000 mAg-1)充放电时,其比容量仍然维持在500 mA h g-1,当电流密度减小至100 mA g-1时,其比容量也跟着回升到600 mA g-1,且一直保持着这个值。此外,无论是长程充放电循环还是倍率充放电,复合材料电极在充放电过程中的库仑效率都接近于100%。
【关键词】：锂离子电池 石墨烯 壳聚糖 纳米复合材料 SnSe纳米棒 聚苯胺 SeS2 纳米立方块
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-39
• 1.1 引言11-15
• 1.1.1 锂离子电池的工作原理12-13
• 1.1.2 锂离子电池的组成部分13-15
• 1.2 纳米化及碳复合材料在锂离子电池中的应用15-20
• 1.3 石墨烯在锂离子电池中的应用进展20-26
• 1.4 硒基化合物在锂离子电池中的应用进展26-30
• 1.4.1 SnSe电极材料的研究进展26-27
• 1.4.2 Se_xS_y电极材料的研究进展27-30
• 1.5 本论文的选题背景及主要研究内容(创新点)30-32
• 参考文献32-39
• 第二章 一种新策略来制备氧化石墨烯包覆纳米晶及其锂电化学性能的研究39-57
• 2.1 引言39-40
• 2.2 实验部分40-43
• 2.2.1 实验试剂40
• 2.2.2 氧化石墨粉和氧化石墨烯溶液的制备40
• 2.2.3 壳聚糖溶液的制备40-41
• 2.2.4 制备各种形貌的纳米晶41
• 2.2.5 组装氧化石墨烯包覆纳米晶的复合物(GO@NCs)41-42
• 2.2.6 对所制备样品的各种表征42
• 2.2.7 对所制备样品的电化学性能测试42-43
• 2.3 结果与讨论43-53
• 2.3.1 氧化石墨烯包覆纳米晶复合物的原理图43-44
• 2.3.2 四种复合产物的物相及形貌表征44-47
• 2.3.3 复合产物GO@SnSe的电化学性能测试47-53
• 2.4 本章小结53-54
• 参考文献54-57
• 第三章 石墨烯包覆立方块形SeS_2@聚苯胺核壳结构复合物的制备及其锂电化学性能研究57-71
• 3.1 引言57-58
• 3.2 实验部分58-60
• 3.2.1 实验试剂58-59
• 3.2.2 SeS_2纳米立方块的制备59
• 3.2.3 SeS_2@PANI/RGO复合材料的制备59
• 3.2.4 对所制备样品的各种表征59-60
• 3.2.5 对所制备样品的电化学性能测试60
• 3.3 结果与讨论60-67
• 3.3.1 材料的物相和形貌表征60-63
• 3.3.2 材料的电化学性能测试63-67
• 3.4 本章小结67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士期间完成的论文71-72
• 致谢72-73

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