石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究

发布时间：2016-11-28 16:11

  本文关键词：石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华东理工大学》 2014年

石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究

王赟  

【摘要】：结合石墨烯独特的二维纳米结构、优异的导电性以及一定的储锂性能,针对钛酸锂(Li4Ti5Oi2, LTO)或单一石墨烯用作锂离子电池负极材料所存在的问题,制备了LTO/石墨烯和氟化石墨烯纳米负极材料,并考察了其用作锂离子电池负极材料的电化学行为。本论文的创新之处在于：1)利用石墨烯独特的二维纳米结构和优良的导电性,通过在其表面原位生长LTO纳米颗粒,有效解决LTO电导率较低和纳米团聚等核心问题,提高LTO的循环稳定性和倍率性能。2)以含F量高达50%的氟化石墨为原料,采用液相剥离法制得含氟量达49.7%的氟化石墨烯,利用F和C的协同储锂机制以及氟化石墨烯超薄的二维纳米结构特征,提高单一石墨烯的嵌锂容量以及Li+在负极材料中的扩散速度。在控制LTO/石墨烯、氟化石墨烯微结构和表面化学性质的基础上,系统考察了材料的电化学性能,并得到如下主要结论。 1)采用液相剥离法,以离子液体为溶剂,天然石墨为原料,制得厚度为5nm的石墨烯；然后采用水热合成法在石墨烯表面原位生长LTO纳米颗粒。所制LTO/石墨烯复合材料中,LTO纳米颗粒的粒径较小(20nnm)且均匀地分布于石墨烯的表面。 2)在50mA/g电流密度下,经过50次反复充放电后,LTO/石墨烯复合负极材料的稳定嵌锂容量为159mAh/g,容量保持率为90.4%,高于纯的LTO (95mAh/g,77.8%);在2A/g的大电流密度下循环50次后,LTO/石墨烯复合负极材料的可逆容量仍高达151.6mAh/g,远高于纯的LTO (24.8mAh/g)。该材料优异的电化学性能主要归因于LTO较小的粒径、较高的LTO/石墨烯接触面积以及石墨烯良好的导电性。 3)以氟化石墨为原料,采用液相剥离法制得氟化石墨烯二维纳米材料。其中,该材料的厚度约为4nm,尺寸在1-3μm之间；含氟量为49.7%,即每个C原子结合一个F原子。 4)氟化石墨烯在50mA/g电流密度下,50次反复充放电后,稳定容量达793mAh/g;2A/g电流密度下循环50次后,其稳定容量达200.2mAh/g,表现出良好的大电流倍率性能。当在氟化石墨烯中复合40%的石墨烯后,在50mA/g电流密度下循环50次后,其稳定容量达910mAh/g,循环性能得到进一步提高。

【关键词】：
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ127.11;TM912
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 夏金童,征茂平,何莉萍,熊友谊,周声劢,陈宗璋;氟化石墨制备新工艺的研究[J];湖南大学学报(自然科学版);1999年01期

2 嵇天浩;孙妹;韩鹏;;半导体/石墨烯纳米复合材料的制备及其应用进展[J];新型炭材料;2013年06期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王丹;张春明;张遥遥;汪元元;何丹农;;高能球磨辅助固相法合成电池材料Li_4Ti_5O_(12)[J];电源技术;2013年09期

2 肖海河;刘洪波;何月德;简志敏;匡加才;;沥青炭包覆微晶石墨用作锂离子电池负极材料的研究[J];功能材料;2013年19期

3 李新禄;钟奇能;王皓;黄佳木;;水热法制备花状纳米片簇Li_4Ti_5O_(12)及其储锂性能[J];功能材料;2013年19期

4 李敏;侯贤华;王洁;张苗;胡社军;刘祥;;以石墨为母体的硅碳核壳复合负极材料的制备及性能研究[J];功能材料;2013年19期

5 刘刚;汤占磊;朱玉静;顾元香;王磊;;共沉淀法制多孔类球型钛酸锂及电性能研究[J];广州化工;2014年01期

6 孙培亮;陈刚;叶学海;董广前;;Li_4Ti_5O_(12)/TiO_2复合材料作为锂离子电池负极材料[J];电源技术;2013年11期

7 陈改荣;郭晓伟;王辉;郭娇;;碳纳米管导电剂对锂离子电池电极材料的改性研究[J];功能材料信息;2013年Z1期

8 史楠楠;武洪彬;姜雪;韦小培;王贵领;曹殿学;;Li_4Ti_5O_(12)碳氮共包覆的研究[J];电池工业;2013年05期

9 刘昌位;王宇;郭玉忠;淡露露;王剑华;;ZnO包覆LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的表面结构和电化学性能[J];电化学;2014年01期

10 罗飞;褚赓;黄杰;孙洋;李泓;;锂离子电池基础科学问题(Ⅷ)——负极材料[J];储能科学与技术;2014年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王浩;唐致远;;Nd~(3+)掺杂对钛酸锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李娜;Li_4Ti_5O_(12)及其复合材料的制备及锂离子电池性能研究[D];中国科学技术大学;2013年

2 乔丽;纳米结构硅/碳复合材料的制备及其储锂性能的研究[D];兰州大学;2013年

3 谷芳;锂离子电池负极材料钛酸锂的制备与改性及其电化学性能[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 胡小艳;一维纳米材料的制备及在新能源中的利用[D];华中师范大学;2013年

5 王斐;基于硅微通道板的三维锂离子电池负极研究[D];华东师范大学;2013年

6 吴贤文;功能电解液对LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能改善及其机理研究[D];中南大学;2013年

7 夏鑫;二氧化锡纳米纤维结构构建及其性能的研究[D];江南大学;2013年

8 柳志民;高性能钛氧化物负极材料制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

9 张新龙;锂离子电池用钛酸锂负极材料及5V镍锰酸锂正极材料的合成与改性研究[D];中南大学;2012年

10 李娜;高功率柔性锂离子电池电极材料的制备及其性能研究[D];中国科学技术大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 唐盛贺;溶胶—凝胶法制备锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)及其改性研究[D];广东工业大学;2013年

2 石祥锐;锂离子电池负极材料锡锑镍合金的制备与研究[D];北京化工大学;2013年

3 白翔;多级多孔碳纳米纤维的结构设计及其储能性能的研究[D];北京化工大学;2013年

4 张振伟;钛酸锂电池负极材料的制备及电化学性能研究[D];陕西科技大学;2013年

5 裴有斌;铜、锰纳米氧化物的制备及电化学储能性质研究[D];浙江理工大学;2013年

6 刘晓斐;二次锂电池正极材料制备及性能研究[D];曲阜师范大学;2013年

7 王丽;含钛化合物负极材料的合成及性能研究[D];湘潭大学;2012年

8 黄国创;过渡金属硫化物与石墨烯复合纳米材料的合成及其电化学储锂性能[D];浙江大学;2013年

9 陈宇龙;等离子体辅助球磨制备硅碳复合材料及其储锂电化学性能[D];华南理工大学;2013年

10 刘佳;电子束曝光技术及其在锂离子电池薄膜负极中应用的研究[D];华南理工大学;2013年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王昭;毛峰;黄祥平;黄应平;冯笙琴;易佳;张昌远;刘栓;;TiO_2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能[J];材料科学与工程学报;2011年02期

2 魏龙福;余长林;;石墨烯/半导体复合光催化剂的研究进展[J];有色金属科学与工程;2013年03期

3 张晓艳;李浩鹏;崔晓莉;;TiO_2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性[J];无机化学学报;2009年11期

4 智林杰;方岩;康飞宇;;用于锂离子电池的石墨烯材料——储能特性及前景展望[J];新型炭材料;2011年01期

5 闫家林;陈贵娇;曹君;杨伟;谢邦互;杨鸣波;;乙二胺和己二胺氨基功能化氧化石墨烯(英文)[J];新型炭材料;2012年05期

6 马延文;刘忠儒;王博琳;朱磊;杨建平;李兴鳌;;石墨烯负载Pt-Co纳米粒子及其在氧化还原反应中的应用(英文)[J];新型炭材料;2012年04期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋洪松;刘大博;;石墨烯的制备及石墨烯/PVDF复合材料介电性能的研究[J];化学工程师;2011年08期

2 陈成猛;杨永岗;温月芳;杨全红;王茂章;;有序石墨烯导电炭薄膜的制备[J];新型炭材料;2008年04期

3 黄桂荣;陈建;;石墨烯的合成与应用[J];炭素技术;2009年01期

4 周俊文;马文石;;石墨烯及其纳米复合材料的研究[J];化工新型材料;2010年03期

5 李智军;张晖;薛河;;石墨烯纳米片及其场发射性能研究[J];化工新型材料;2010年S1期

6 王平华;王志刚;刘春华;唐龙祥;向康;;基于π-π相互作用合成星型聚丙烯腈-石墨烯复合材料[J];功能高分子学报;2010年04期

7 王灿;詹亮;乔文明;凌立成;;爆炸法合成石墨烯(英文)[J];新型炭材料;2011年01期

8 翟译晨;翟冠杰;;后摩尔时代取代硅的微电子材料——碳纳米管和石墨烯[J];南京信息工程大学学报(自然科学版);2011年02期

9 韩鹏昱;刘伟;谢亚红;张希成;;石墨烯与太赫兹科学[J];物理;2009年06期

10 黄毅;陈永胜;;石墨烯的功能化及其相关应用[J];中国科学(B辑:化学);2009年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;李飞飞;陈永胜;;石墨烯—聚合物高性能复合材料的制备及性质研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

2 胡连哲;韩双;李海娟;徐国宝;;电化学发光分析新材料及新应用[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年

3 董良旭;张春梅;陈强;刘福平;;等离子化学气相沉积生长石墨烯的研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年

4 彭海琳;刘忠范;;狄拉克纳米材料与器件[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

5 黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;陈永胜;;石墨烯功能复合材料的制备及应用[A];中国化学会第27届学术年会中日青年化学家论坛摘要集[C];2010年

6 徐宇曦;石高全;;石墨烯和卟琳的超分子组装及其传感应用[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

7 杨乃亮;翟锦;王丹;;利用二维石墨烯桥增强染料敏化太阳能电池中光生电子的传输[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年

8 卢春华;李娟;朱春玲;杨黄浩;;基于石墨烯的生物大分子传感[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年

9 刘吉洋;郭少军;翟月明;李丹;汪尔康;;肉豆蔻酰磷脂酰甘油保护石墨烯的制备[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年

10 刘庄;;Sp~2类碳纳米材料在生物医学上的应用-癌症治疗与成像[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 许士才;石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D];山东师范大学;2014年

2 沈博;含银、铜、铋的石墨烯复合材料的制备和性能研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

3 刘芝婷;石墨烯及其氧化物的表面结构和性质的调控[D];华东理工大学;2014年

4 苗萌;小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究[D];浙江大学;2014年

5 谢超;基于石墨烯与硅纳米结构高性能光伏器件的构造与光电性能研究[D];合肥工业大学;2014年

6 刘磊;石墨烯费米速度调制结构中量子输运性质的研究[D];河北师范大学;2014年

7 张学全;石墨烯的功能化及其光电性能研究[D];天津大学;2011年

8 李海东;石墨烯纳米结构中的电子输运性质[D];吉林大学;2009年

9 马东伟;金属掺杂的石墨烯及相关体系电子态和自旋—轨道耦合性质的理论研究[D];复旦大学;2012年

10 吕伟;石墨烯的宏量制备、可控组装及电化学性能研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 朱振华;石墨烯传感性能理论计算[D];华中师范大学;2014年

2 刘站站;聚合物共价修饰石墨烯的研究[D];华东理工大学;2014年

3 邢艳敏;绝缘衬底上石墨烯的形成及其机理研究[D];华中师范大学;2014年

4 王赟;石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究[D];华东理工大学;2014年

5 李金霞;石墨烯掺杂碳印刷阵列电极的制作及其应用研究[D];宁夏大学;2014年

6 冯蓝;烷基化石墨烯和石墨烯量子点的制备、表征及性能研究[D];厦门大学;2014年

7 张议;基于几种巯基改性石墨烯复合物的电分析研究[D];湖南师范大学;2014年

8 吴玲玲;氧化石墨烯表面改性聚乳酸薄膜的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2014年

9 潘沁;基于石墨烯改性的锂（钠）离子电池负极材料与正极材料的研究[D];浙江大学;2014年

10 许涛;三维金属/石墨烯复合结构制备及表面增强拉曼效应研究[D];浙江理工大学;2014年

  本文关键词：石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：197102