石墨烯基二硫化锡复合材料的制备及其锂电性能的研究

发布时间：2017-10-11 23:08

  本文关键词：石墨烯基二硫化锡复合材料的制备及其锂电性能的研究

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【摘要】：大力发展新能源是实现社会可持续发展战略的重要途径,可充电的锂离子电池作为一种能量密度大、可循环使用且环保的储能工具,在新能源电动汽车及各种可携带的电子产品中扮演者越来越重要的角色。传统的石墨类碳基材料由于比容量低、循环倍率性能差等缺点,已经完全不能满足人们的需求。石墨烯的出现,为突破锂电池瓶颈的突破带来了希望。尤其是最近石墨烯锂电池受到热情的追捧,成为一个热门的话题,寻找合适的石墨烯基复合材料来代替传统碳类负极材料是许多科研工作者努力的方向。层状二硫化锡(Sn S2)被认为是一种很有潜力应用的负极材料,独特的合金嵌锂机制使其具有较高的理论比容量。但是它在充放电过程中存在首次库仑效率低、导电性差以及体积变化大等缺点,严重影响其单独作为锂电池负极材料的性能表现。基于这些情况,本文以二硫化锡作为主要的活性电极材料,将石墨烯作为改性材料来提高Sn S2的锂电性能,具体介绍了如何更有效地将Sn S2与石墨烯复合在一起,分析了复合样品的形成机制,重点考察了制备的复合样品储存锂的表现,并详细地分析独特的复合结构对增强的锂电性能的贡献。全文主要分为五章。第一章为绪论部分,先介绍了本论文的研究背景,锂离子电池的概况,以及二硫化锡作为锂离子电池负极材料的情况,同时还大致介绍了当前二硫化锡与石墨烯复合的研究进展,最后概括性地阐述了本论文的研究目的、意义及其主要的研究内容。第二章主要介绍了实验中用到的药品试剂、实验器材以及对样品形貌结构和电化学性能进行表征测试的手段。第三章介绍了采用一种温和的两步法来制备得到Sn S2纳米片均匀地嵌入到三维相互连接的石墨烯框架中的复合物结构,详细地阐述了合成机制,分析其独特的复合形貌结构对出色锂电存储性能的影响。另外,我们还考察了不同的五水四氯化锡与氧化石墨烯前驱物的质量比给复合样品的形貌结构和电化学性能带来的影响。三维石墨烯凝胶结构具有很多吸引人的特点,第四章介绍了如何利用一种更简单且环保的方法来得到Sn S2纳米片与石墨烯的复合凝胶,通过与单纯Sn S2样品进行对比,我们重点分析了混合凝胶中石墨烯的存在状态及凝胶结构的多孔性对Sn S2/石墨烯复合凝胶样品电化学性能的影响。第五章为全文的总结以及对未来的展望。
【关键词】：二硫化锡 石墨烯 复合材料 负极 锂离子电池
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池简介10-13
• 1.2.1 锂离子电池的发展10-11
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理11-12
• 1.2.3 锂离子电池的负极材料12-13
• 1.3 二硫化锡作锂电池负极材料13-15
• 1.3.1 二硫化锡的储锂原理13-14
• 1.3.2 二硫化锡作为锂电负极材料的特点14
• 1.3.3 二硫化锡锂电性能的改善14-15
• 1.4 二硫化锡与石墨烯的复合15-18
• 1.4.1 石墨烯在锂离子电池上的应用15-16
• 1.4.2 石墨烯基复合材料的制备16-17
• 1.4.3 二硫化锡与石墨烯的复合材料17-18
• 1.5 论文的研究目的、意义及其内容18-20
• 1.5.1 研究目的和意义18
• 1.5.2 研究内容18-20
• 第2章 实验器材、样品表征与测试20-25
• 2.1 实验器材20-22
• 2.1.1 实验原料与试剂20-21
• 2.1.2 实验设备21-22
• 2.2 样品表征22-23
• 2.2.1 X-射线衍射分析（XRD）22
• 2.2.2 拉曼光谱分析（Raman）22
• 2.2.3 扫描电子显微镜分析（SEM）22
• 2.2.4 透射电子显微镜分析（TEM）22
• 2.2.5 能量色散X射线谱分析（EDS）22-23
• 2.2.6 比表面积测试及孔结构分析23
• 2.3 电化学性能测试23-25
• 2.3.1 电极制备及电池组装23
• 2.3.2 循环伏安测试23
• 2.3.3 交流阻抗谱测试23-24
• 2.3.4 恒流充放电测试24-25
• 第3章 SnS_2/graphene复合材料的两步法制备及其锂电性能研究25-35
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备26
• 3.2.2 SnO_2/氧化石墨烯的制备26
• 3.2.3 SnS_2 /石墨烯（SSG）的制备26-27
• 3.3 结果分析与讨论27-34
• 3.3.1 合成原理及机制27
• 3.3.2 样品的XRD、Raman测试及分析27-28
• 3.3.3 样品的SEM、TEM测试及分析28-30
• 3.3.4 CV、容量电压曲线及分析30-31
• 3.3.5 循环、倍率性能测试及分析31-33
• 3.3.6 交流阻抗谱测试及其分析33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 SnS_2/graphene混合凝胶的制备及其锂电性能研究35-44
• 4.1 引言35-36
• 4.2 实验部分36
• 4.2.1 氧化石墨烯的制备36
• 4.2.2 SnS_2纳米片的制备36
• 4.2.3 SnS_2/graphene混合凝胶的制备36
• 4.3 结果与分析36-40
• 4.3.1 SnS_2/graphene凝胶的合成机制36-37
• 4.3.2 样品的形貌表征37-38
• 4.3.3 样品的XRD和Raman表征38-39
• 4.3.4 样品的比表面积（BET）测试及表征39-40
• 4.4 电化学性能测试与分析40-43
• 4.4.1 CV、容量电压曲线及分析40-41
• 4.4.2 循环、倍率性能测试与分析41-42
• 4.4.3 交流阻抗谱测试及其分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 总结与展望44-46
• 5.1 总结44-45
• 5.2 展望45-46
• 参考文献46-51
• 致谢51-52
• 攻读研究生学位期间发表的论文52

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本文编号：1015267