石墨烯基复合材料的合成、表征及其电化学性能研究

发布时间：2019-11-05 19:25

【摘要】：具备高能量、高功率、高寿命和低成本是锂离子电池的发展趋势，电极材料尤其是负极材料是锂离子电池性能的决定性因素。石墨烯是新发现的具有高电导率的二维纳米碳材料，在储能领域有很好的应用前景。本文针对锂离子电池体系，以提高负极材料可逆容量为目的，制备了石墨烯和Fe2O3-石墨烯纳米复合材料、SnO2-石墨烯纳米复合材料和Fe2O3-SnO2-石墨烯三元纳米复合材料，并利用XRD、SEM等表征技术对其结构和形貌进行了分析，恒流充放电测试和交流阻抗测试对其电化学性能进行了深入系统的研究。主要内容如下： 首先，采用氧化还原法制得了分布均匀、层数较少、结构较为平整的石墨烯。XRD和SEM分析表明，无序堆积的石墨烯为片状结构，形貌充满了卷曲、皱褶和起伏。电化学性能测试表明，石墨烯的储锂性能大大优于石墨，30次循环后仍为614mAh/g，接近其理论容量。 其次，针对石墨烯比容量偏低和金属氧化物充放电过程中存在的体积效应等问题，采用水热法制备了二元的Fe2O3-石墨烯纳米复合材料。XRD和SEM分析表明，石墨烯与纳米Fe2O3成功复合，纳米Fe2O3分布较为均匀，形貌多为菱形块状或类球状多面体，且与石墨烯片相互交叠，有效抑制了双方的团聚，形成了有利于储锂的微孔结构。电化学性能测试表明，Fe2O3-石墨烯纳米复合材料的储锂性能大大优于石墨烯和纳米Fe2O3，30次循环后，可逆容量仍高达1252mAh/g；循环内容量基本没有衰减，循环性能优异；高倍率下可逆容量较高，倍率性能良好；随着石墨烯加入量的增大，Fe2O3-石墨烯纳米复合材料的可逆容量越来越高。 再次，采用水热法制备了二元的SnO2-石墨烯纳米复合材料。XRD和SEM分析表明，颗粒细小的纳米SnO2均匀的负载于石墨烯片上，二者的团聚现象均有所缓解，且增加了许多储锂孔洞。电化学性能测试表明，，SnO2-石墨烯纳米复合材料储锂性能明显优于石墨烯和纳米SnO2，30次循环后，可逆容量仍可达到998mAh/g左右；循环性能良好，但高倍率下可逆容量较低，倍率性能较差；SnO2-石墨烯纳米复合材料的可逆容量随着石墨烯加入量的增大而增高。 最后，为了进一步提升石墨烯基复合材料的可逆容量和倍率性能，水热合成了Fe2O3-SnO2-石墨烯三元纳米复合材料。XRD和SEM分析表明，Fe2O3-SnO2-石墨烯三元纳米复合材料中既存在皱褶、卷曲的石墨烯片状结构，也存在大小不一的纳米Fe2O3和纳米SnO2类球状结构，三者相互交叠排列，形成了丰富密集的微孔储锂结构。电化学性能测试表明，Fe2O3-SnO2-石墨烯三元纳米复合材料的可逆容量高达1378mAh/g，大大高于二元复合材料，且高倍率下的可逆容量较高，倍率性能优异。同样，随着石墨烯加入量的增大，其可逆容量也越来越高。
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简介r-min-Wanger 理论[49]，在非绝对零度的条件下，自由状态的二在的。一直到 2004 年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康究团队利用胶带微机械剥离高定向热解石墨首次制备得到了而得到了自由态的二维晶体石墨烯能在室温下现实环境中稳并且在 2010 年 10 月，两位科学家因在石墨烯材料方面的卓越物理学奖。紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的 sp2杂化的单层碳原子晶体有 0.335nm，表现为自由态的二维晶体结构，是目前世界上人

射峰又再次出现（见图 3.1 中的插图）。理想的单层石墨烯是二维晶体结构是没有特征衍射峰产生的，图中的直线也得释，石墨的衍射强度非常高，相比之下得到了直线状的石墨烯衍射图谱。但由于制备条件的限制，不可能得到完美的石墨烯，本文制备的石墨烯产物存在层数较类石墨状石墨烯片，因此会在 26°左右出现石墨的特征衍射峰。石墨烯与石墨的衍射峰两相对比可知，石墨在经过氧化还原之后，原有的层层有序堆积的晶体结经被完全破坏，成为了无序堆积随机散落的石墨烯片。.3.2 SEM 分析
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB33;TM912

【参考文献】

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本文编号：2556311