自支撑石墨烯基膜材料的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2017-09-15 13:10

  本文关键词：自支撑石墨烯基膜材料的制备及其电化学性能的研究

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【摘要】：随着科技的迅猛发展,各种小体积、高容量、轻质量的便携式电子设备及新能源汽车的应用越发普遍,只有开发出具有高能量密度、循环性能好的储能设备才能满足各式电子产品对电源的需求。可充电二次锂离子电池因其较高的质量能量密度、较长的循环寿命以及较好的稳定性等而备受关注。为了研制出具有柔性、质轻且容量高的锂离子电池,其电极材料的选择和制备则显得极其关键。石墨烯(GNs)是一种具有二维层状结构的新型碳材料,它不仅具有杰出的光学、电学和力学性能,而且柔韧性也非常好,是制备柔性电极材料的理想选择。本论文采用简单、可扩大的两步法分别制备出了三类不同的GNs基膜材料：还原氧化石墨烯膜(rGOM)、碳纳米管/石墨烯(CNTs/GNs)二元复合膜以及Fe_2O_3/石墨烯/碳纳米管(Fe_2O_3/GCNTs)三元复合膜,通过SEM、TEM、 XRD、Raman及XPS等表征方法对所制备的膜材料进行了表征,并将该三类GNs基膜在不添加任何粘结剂和导电剂的情况下独自用作锂离子电池的负极材料,对它们的各项电化学表现分别进行了分析测试。具体研究内容如下：采用两步法真空抽滤及化学还原(HI)法制备出了6种不同厚度的rGOM,SEM测试结果表明,膜厚度对材料的微观形貌及结构没有明显的影响,但是它们的电化学性能存在较大差别,其中只有厚度为2.5 μm的rGOM具有较优的倍率性能和较好的循环性能。采用两步法抽滤和热还原法制备出3种不同比例的CNTs/GNs复合膜,SEM显示,3种比例的CNTs/GNs复合膜微观形貌相近,用作锂离子电池的负极材料时,3种复合膜中只有CNTs/GNs=1:3电极的倍率性能、循环寿命以及库伦效率最好。采用两步法抽滤和热还原法制备了具有三维结构的Fe_2O_3/GCNTs三元复合膜,SEM和TEM表明,Fe_2O_3颗粒呈球状,其平均直径为～750 nm,均匀的镶嵌在GCNTs三维框架之中,这有效缓解了Fe_2O_3在反复充放电过程中的团聚现象,同时也使得该复合膜电极展示出突出的电化学特性。
【关键词】：石墨烯 膜材料 锂离子电池
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM910
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 引言10
• 1.2 化学电源简介10-15
• 1.2.1 一次电池11
• 1.2.2 二次电池11-13
• 1.2.3 燃料电池13-14
• 1.2.4 激活电池14
• 1.2.5 电化学电容器14-15
• 1.3 锂离子电池15-19
• 1.3.1 锂离子电池工作原理15-16
• 1.3.2 锂离子电池正极材料16-17
• 1.3.3 锂离子电池隔膜17-18
• 1.3.4 锂离子电池电解质18-19
• 1.3.5 锂离子电池负极材料19
• 1.4 碳基负极材料19-24
• 1.4.1 石墨20-21
• 1.4.2 石墨烯21-22
• 1.4.3 碳纳米管22-23
• 1.4.4 中间相碳微球(MCMB)23-24
• 1.5 石墨烯基膜材料24-26
• 1.6 本论文研究目的、意义和主要研究内容26-28
• 参考文献28-32
• 第二章 试剂及实验方法32-37
• 2.1 实验主要试剂及仪器32-33
• 2.1.1 化学试剂32-33
• 2.1.2 实验仪器33
• 2.2 样品常用的表征方法33-35
• 2.2.1 X射线衍射法(XRD)33-34
• 2.2.2 X射线光电子能谱测试(XPS)34
• 2.2.3 扫描电子显微镜测试(SEM)34
• 2.2.4 透射电子显微镜测试(TEM)34
• 2.2.5 选区电子衍射图测试(SAED)34
• 2.2.6 比表面积测试(BET)34
• 2.2.7 电化学阻抗谱测试(EIS)34-35
• 2.2.8 循环伏安法测试(CV)35
• 2.2.9 充放电循环测试35
• 2.2.10 循环寿命测试35
• 2.3 纽扣电池的组装35-37
• 第三章 不同厚度自支撑还原氧化石墨烯膜的制备及其电化学性能的比较研究37-55
• 3.1 引言37-38
• 3.2 不同厚度自支撑还原氧化石墨烯膜的制备及其电化学性能的比较研究38-50
• 3.2.1 实验部分38
• 3.2.2 实验结果与讨论38-50
• 3.3 本章小结50-52
• 参考文献52-55
• 第四章 不同比例自支撑碳纳米管/石墨烯复合膜的制备及其电化学性能的比较研究55-69
• 4.1 引言55-56
• 4.2 不同比例自支撑碳纳米管/石墨烯复合膜的制备及其电化学性能的比较研究56-64
• 4.2.1 实验部分56-57
• 4.2.2 结果与讨论57-64
• 4.3 本章小结64-66
• 参考文献66-69
• 第五章 自支撑Fe_2O_3/石墨烯/碳纳米管三元复合膜的制备及其电化学性能的研究69-87
• 5.1 引言69-70
• 5.2 自支撑Fe_2O_3/石墨烯/碳纳米管三元复合膜的制备及其电化学性能的研究70-82
• 5.2.1 实验部分70-71
• 5.2.2 结果与讨论71-82
• 5.3 本章小结82-84
• 参考文献84-87
• 总结87-89
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果89-90
• 致谢90

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3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

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