石墨烯负载二元金属硫化物的制备及其电化学性能

发布时间：2017-04-18 10:16

  本文关键词：石墨烯负载二元金属硫化物的制备及其电化学性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二元金属硫化物由于其不寻常的理化特性,在科研领域引起了人们的广泛关注。然而作为锂离子电池负极材料进行充放电循环测试时,由于其较大的体积膨胀而引起材料粉化,导致循环性能很差。针对这些问题,本论文利用水热法制备出片状SnSx(SnS和SnS2混合物)与石墨烯复合材料以及纳米片自组装成的花状SnS微米球和疏松多孔的MnS微米球,以此来缓冲其体积膨胀。另外,通过加入石墨烯来进一步提升二元金属硫化物的电化学性能。石墨烯由蜂窝状的网络结构构建而成,在最近这些年受到人们的普遍关注。为此,石墨烯在各个领域,比方说晶体管、光能、锂电池等领域的应用都特别广泛。本论文将制备出的二元金属硫化物进一步与石墨烯进行复合,通过他们之间的协同作用和石墨烯优异的导电性,来提高其电化学性能。本论文利用XRD,SEM,Raman,TGA等手段测试分析了它们的微观结构和组成,并对其电化学性能及阻抗进行测试,其作为锂电负极材料的电化学等综合性能得到充分研究。本文主要内容如下:通过溶剂热法,以TAA为硫源,PEG-200为溶剂制备出片状SnSx材料,并与石墨烯进行复合。添加了石墨烯之后,SnSx材料的电化学性能有了明显的提升。电化学阻抗表明,复合材料中附加的RGO(还原氧化石墨烯)的存在不仅降低了电极的接触电阻,也极大的促进了锂离子在嵌入和脱出材料时的电子转移顺畅性。复合材料良好的循环性能主要得益于石墨烯良好的导电性和机械性能以及片状SnSx材料与石墨烯片之间的协同作用。采用PEG为表面活性剂,水为溶剂,硫脲为硫源的水热法制备出花状的SnS微米球,将其与石墨烯进行复合并与纯SnS微米球的电化学性能进行比较。电化学测试表明,复合材料SnS/RGO在可逆容量和循环稳定性上都明显高于纯相的SnS微米球。石墨烯层不仅可以作为一个缓冲层来缓解SnS充放电过程的体积膨胀,还能提高材料的电子传导性。通过水热法,以L-半胱氨酸为硫源制备出多孔MnS微球。纯相的MnS微米球电化学性能与添加RGO之后的复合材料相比较,200次循环之后,MnS/RGO复合材料容量仍保持在800 mAh/g左右,远高于纯相的多孔MnS微球。同时复合材料在1C大电流的倍率下进行充放电循环测试,表现了出色的循环性能。复合材料电化学性能的提高主要归功于石墨烯影响了MnS的晶体生长尺寸,同时石墨烯可以作为缓冲层来进一步缓冲材料的体积膨胀,还能提高其导电性。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 二元金属硫化物 石墨烯 电化学性能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 锂离子电池简介9-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展简史9-10
• 1.2.2 锂离子电池的构造及原理10-11
• 1.2.3 锂离子电池的特点11-12
• 1.3 锂离子电池电极材料的研究12-17
• 1.3.1 锂离子电池正极材料12-14
• 1.3.2 锂离子电池负极材料14-17
• 1.4 二元金属硫化物的研究17-18
• 1.4.1 二元金属硫化物简介17
• 1.4.2 二元金属硫化物制备及其电化学应用17-18
• 1.5 石墨烯的研究18-21
• 1.5.1 制备石墨烯的常用方法19-20
• 1.5.2 石墨烯在电化学中的应用20-21
• 1.6 本文的研究内容及意义21-22
• 第2章 实验方法22-28
• 2.1 实验原料与试剂22-23
• 2.2 实验仪器与设备23-24
• 2.3 样品的形貌及结构测试24-25
• 2.3.1 X射线衍射测试24-25
• 2.3.2 扫描电镜分析25
• 2.3.3 透射电镜分析25
• 2.3.4 热重测试25
• 2.3.5 拉曼测试25
• 2.4 实验电池的组装25-26
• 2.4.1 电极的制备25-26
• 2.4.2 扣式电池的组装26
• 2.5 实验电池的电化学性能测试26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 SnS_x/RGO复合材料的制备及其电化学性能28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 SnS_x/RGO复合材料的溶剂热制备28
• 3.3 SnS_x/RGO复合材料的结构与形貌表征28-30
• 3.4 SnS_x/RGO复合材料的电化学性能30-32
• 3.5 本章小结32-34
• 第4章 SnS/RGO复合材料的制备及其电化学性能34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 SnS/RGO复合材料的水热制备34
• 4.3 SnS/RGO复合材料的结构与形貌表征34-37
• 4.4 SnS/RGO复合材料的电化学性能37-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 MnS/RGO复合材料的制备及其电化学性能43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 MnS/RGO复合材料的水热制备43-44
• 5.3 MnS/RGO复合材料的结构与形貌表征44-47
• 5.4 MnS/RGO复合材料的电化学性能47-49
• 5.5 本章小结49-50
• 第6章 总结与展望50-52
• 6.1 工作总结50-51
• 6.2 工作展望51-52
• 参考文献52-59
• 致谢59-60
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文60

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