石墨烯的制备及其在锂离子电池中的应用研究

发布时间：2017-05-18 11:23

  本文关键词：石墨烯的制备及其在锂离子电池中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯,是一种具有二维晶体结构的新型碳材料,具有优异的物理化学性能。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点,是当下最主流的储能装置之一。石墨烯不仅可以直接作为锂离子电池的负极材料使用,还能与锂离子电池正极材料,特别是磷酸铁锂,进行复合以提高正极材料的电子与离子传输能力。 本文以天然鳞片石墨为原料,采用热膨胀剥离法制备了石墨烯粉末材料,并采用热还原法制备了石墨烯纸材料,分别将其作为锂离子电池负极材料进行了电化学性能研究；结果表明：所制得石墨烯粉末材料为2层左右蠕虫状褶皱型石墨烯,其在0.2C倍率充放电下可逆容量可以稳定在780mAh/g左右,在0.5C倍率充放电下可逆容量可以稳定在520mAh/g左右；所制得石墨烯纸材料为石墨烯片层所组成的纸状结构,在50mA/g的电流密度下可逆容量可以稳定在580mAh/g左右。采用机械混合法与热还原法,制备了磷酸铁锂／石墨烯复合材料,并将其作为锂离子电池正极材料进行了电化学性能研究；结果表明：所制备的磷酸铁锂／石墨烯复合材料复合情况良好,石墨烯包覆于磷酸铁锂颗粒表面并可以连接于各个颗粒之间,复合材料在2C倍率下可逆容量可以达到116mAh/g。图38幅,表4个,参考文献123篇。
【关键词】：石墨烯 锂离子电池 电极材料 电化学性能 天然石墨
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 1 文献综述8-25
• 1.1 石墨烯概述8-14
• 1.1.1 石墨烯的发现8-9
• 1.1.2 石墨烯的性能9-10
• 1.1.3 石墨烯的制备10-12
• 1.1.4 石墨烯的应用12-14
• 1.2 锂离子电池概述14-17
• 1.2.1 锂离子电池的发展14
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理14-15
• 1.2.3 锂离子电池的特点15-16
• 1.2.4 锂离子电池的应用16-17
• 1.3 锂离子电池电极材料概述17-23
• 1.3.1 锂离子电池正极材料17-19
• 1.3.2 磷酸铁锂/石墨烯复合材料19-21
• 1.3.3 锂离子电池负极材料21-22
• 1.3.4 石墨烯作为锂离子电池负极材料22-23
• 1.4 本论文的研究内容和意义23-25
• 2 实验方法25-34
• 2.1 实验所用原料及试剂25-26
• 2.2 实验所用仪器及设备26-27
• 2.3 实验方法及流程27-31
• 2.3.1 氧化石墨烯的制备27-28
• 2.3.2 石墨烯材料的制备28-29
• 2.3.3 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备29-31
• 2.4 结构与形貌表征方法31-32
• 2.5 电化学性能测试方法32-34
• 2.5.1 模拟电池的组装32
• 2.5.2 恒流充放电测试32-33
• 2.5.3 循环伏安测试33
• 2.5.4 交流阻抗测试33-34
• 3 石墨烯材料的制备与表征34-46
• 3.1 石墨烯材料的制备34-38
• 3.1.1 石墨原料分析34-35
• 3.1.2 低温阶段超声时间35-36
• 3.1.3 热膨胀剥离温度36-37
• 3.1.4 热还原温度37-38
• 3.2 石墨烯的结构和形貌38-42
• 3.2.1 X射线衍射分析38-39
• 3.2.2 红外光谱分析39-40
• 3.2.3 拉曼光谱分析40
• 3.2.4 扫描电镜分析40-41
• 3.2.5 原子力显微结构分析41-42
• 3.3 石墨烯纸的结构和形貌42-45
• 3.3.1 X射线衍射分析42-43
• 3.3.2 红外光谱分析43-44
• 3.3.4 扫描电镜分析44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 石墨烯材料的电化学性能46-53
• 4.1 石墨烯的电化学性能46-49
• 4.1.1 石墨烯的储锂性能分析46-47
• 4.1.2 石墨烯的循环性能分析47-48
• 4.1.3 石墨烯的交流阻抗分析48-49
• 4.2 石墨烯纸的电化学性能49-51
• 4.2.1 石墨烯纸的储锂性能分析49-50
• 4.2.2 石墨烯纸的循环性能分析50-51
• 4.3 本章小结51-53
• 5 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能53-62
• 5.1 磷酸铁锂的制备53-54
• 5.1.1 磷酸铁锂的物相分析53-54
• 5.1.2 磷酸铁锂的粒度分析54
• 5.2 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备54-58
• 5.2.1 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的合成机理54-56
• 5.2.2 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的结构分析56-58
• 5.2.3 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的形貌分析58
• 5.3 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的电化学性能58-60
• 5.3.1 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的循环伏安测试58-59
• 5.3.2 磷酸铁锂/石墨烯复合材料的循环充放电测试59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 结论62-63
• 参考文献63-71
• 攻读学位期间主要的研究成果目录71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 邹正光;俞惠江;龙飞;范艳煌;;超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯[J];无机化学学报;2011年09期

2 杨勇辉;孙红娟;彭同江;黄桥;;石墨烯薄膜的制备和结构表征[J];物理化学学报;2011年03期

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本文编号：375958