石墨烯改性天然石墨负极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-08-29 22:27

  本文关键词：石墨烯改性天然石墨负极材料的制备及性能研究

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【摘要】：本论文在查阅大量相关文献的基础之上,紧跟该领域的国际研究前沿,通过有效可行的实验方法制备出石墨烯/天然石墨复合负极材料,并对大电流充放电、高容量和循环性能好的石墨烯/天然石墨复合材料做了系统的研究。主要进行了一下几点研究：论文以天然石墨(natural graphite)为主要原材料,在实验过程中将氧化石墨烯(graphene oxide)和天然石墨前驱材料混合搅拌,之后采用机械球磨和超生分散氧化石墨烯,再经高温碳热还原等改性手段制备了一系列不同石墨烯(graphene)含量的石墨烯/天然石墨(graphene/natural graphite)复合负极材料。并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、恒流充放电和循环伏安等测试方法系统地研究了graphene/natural graphite复合材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。将氧化石墨烯包覆的复合材料graphene oxide/natural graphite分别在600℃、700℃、750℃、800℃、850℃不同温度下进行碳热还原得到graphene/natural graphite复合材料。在电流设为0.1C,电压范围设为0.005-3V进行电性能测试。结果发现该复合材料在800℃的温度还原后得到的graphene/natural graphite具有更好的电性能,首次放电达到413mAh/g,首次充电比容量为410mAh/g,均高于其他温度下的还原的比容量,首次效率为99.5%。循环30次后,放电比容量仍然为404 mAh/g,容量的保留率高达98.3%。通过XRD、SEM物理检测结果表明：合成的graphene/natural graphite复合材料具有标准的核-壳型结构。通过电化学CV、EIS测试表明：复合材料极化变小,Li离子扩散速率和电导率得到提高,比容量和循环性能得到增强。针对上述不同温度还原之后得到的复合材料,再研究不同含量的石墨烯(0、1%、2%、3%、4%)对于graphene/natural graphite复合材料性能的影响,在电流为O.1C和电压为0.005-3V范围下再进行电性能测试,研究发现当石墨烯含量为3%的graphene/natural graphite复合材料具有更好的电性能,首次放电比容量为412mAh/g,首次充电比容量407 mAh/g,首次效率为98.8%。高于natural graphite材料的349mAh/g和364 mAh/g。循环30次后,放电比容量保持在396mAh/g,容量的保留率高达99.4%。石墨烯包覆可以提高石墨材料的容量以及循环性能。而且与纯天然石墨材料相比,石墨烯包覆天然石墨材料在大倍率条件下显示出优异的倍率性能,说明石墨烯包覆层有利于增强天然石墨纳米片层之间的纵向电子传导能力。
【关键词】：锂离子电池 天然石墨 石墨烯 包覆 负极材料 电化学性能
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 锂离子电池简介11-12
• 1.2 锂离子电池工作原理12
• 1.3 锂离子电池负极材料的研究现状12-14
• 1.4 天然石墨存在的问题及解决方法14-15
• 1.4.1 表面包覆改性处理14-15
• 1.4.2 掺杂改性处理15
• 1.4.3 机械研磨改性处理15
• 1.4.4 其它的改性方法15
• 1.5 石墨烯在锂离子电池中的应用及研究进展15-19
• 1.5.1 石墨烯的结构特性15-16
• 1.5.2 石墨烯的制备16-17
• 1.5.3 石墨烯在电极材料上应用17-19
• 1.6 本论文的研究目的、内容和主要创新点19-22
• 1.6.1 研究目的19-20
• 1.6.2 研究内容20-21
• 1.6.3 主要创新点21-22
• 第二章 实验试剂、仪器与测试方法22-27
• 2.1 实验试剂与仪器22-24
• 2.1.1 实验试剂22-23
• 2.1.2 实验仪器23-24
• 2.2 材料表征手段24-25
• 2.2.1 X射线粉末衍射分析(XRD)24
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)24
• 2.2.3 红外光谱分析24-25
• 2.3 材料的电化学性能测试25-27
• 2.3.1 电极片制备25
• 2.3.2 电池的组装25
• 2.3.3 充放电循环性能测试25
• 2.3.4 循环伏安(CV)测试25-26
• 2.3.5 交流阻抗(EIS)测试26-27
• 第三章 超声分散高温还原合成石墨烯/天然石墨复合材料27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 石墨烯/天然石墨复合材料的制备27-28
• 3.3 石墨烯/天然石墨复合材料的性能研究28-30
• 3.3.1 XRD结构分析28
• 3.3.2 SEM形貌分析28-29
• 3.3.3 FT-IR结构分析29-30
• 3.4 电化学性能分析30-34
• 3.4.1 循环伏安和交流阻抗测试30-32
• 3.4.2 恒流充放电性能测试32
• 3.4.3 倍率性能和循环性能测试32-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 不同温度制备G/C材料及其电性能研究36-46
• 4.1 不同温度G/C材料的制备36-37
• 4.2 不同温度制备的G/C材料的结构与形貌的表征37-38
• 4.2.1 XRD和FT-IR结构分析37-38
• 4.3 形貌分析38-40
• 4.4 电化学性能40-44
• 4.4.1 循环伏安和交流阻抗测试40-41
• 4.4.2 恒流充放电和循环性能测试41-43
• 4.4.3 倍率性能测试43-44
• 4.5 本章小结44-46
• 第五章 不同石墨烯含量G/C材料的制备及电性能研究46-56
• 5.1 不同石墨烯含量G/C复合材料的制备46
• 5.2 结构与形貌的表征46-50
• 5.2.1 材料的FT-IR结构分析46-47
• 5.2.2 材料的XRD结构分析47-48
• 5.2.3 材料的SEM分析48-50
• 5.3 不同含量G/C材料的电化学性能测试50-55
• 5.3.1 恒流充放电性能测试50-51
• 5.3.2 循环伏安和交流阻抗测试51-53
• 5.3.3 倍率性能和循环性能测试53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 结论与展望56-59
• 6.1 结论56-57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-71
• 攻读硕士期间主要成果71-73
• 致谢73

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本文编号：755781