四氧化三鐵-碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料鋰電性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有較高的能量密度、充放電速度快、較長的使用壽命和環(huán)境友好性，在電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用前景。常用的鋰離子電池負(fù)極材料包括碳材料、過渡族金屬氧化物等，碳材料的導(dǎo)電性較好，但比容量較低（372mAh/g），過渡族金屬氧化物則具有較高的比容量，但導(dǎo)電性較差，體積膨脹嚴(yán)重。在碳材料中，石墨烯由于具有十分優(yōu)異的導(dǎo)電性、較大的比表面積和快速穩(wěn)定的電子和離子傳導(dǎo)能力，是目前研究的熱點(diǎn)。Fe3O4由于比容量高（926mAh

2、/g）、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注。將二者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合可以得到電化學(xué)性能優(yōu)異的鋰電負(fù)極材料。
　　本文采用原位合成碳納米管增強(qiáng)石墨烯，克服了傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積得到石墨烯含量少、轉(zhuǎn)移困難、導(dǎo)電性差和力學(xué)性能較差等問題，并通過溶劑熱法制備了Fe3O4負(fù)載的碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，并研究了原料配比、旋涂參數(shù)、煅燒參數(shù)對(duì)合成碳納米管增強(qiáng)石墨烯的影響以及溶劑熱的溫度和溶劑熱的時(shí)間對(duì)負(fù)載Fe3O4的影響。在此基礎(chǔ)上，

3、將碳納米管增強(qiáng)石墨烯和Fe3O4負(fù)載碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料在銅箔上直接組裝成鋰離子電池負(fù)極并進(jìn)行了電化學(xué)性能的測(cè)試。
　　研究結(jié)果表明，得到的碳納米管增強(qiáng)石墨烯是由單壁碳納米管和石墨烯通過無縫共價(jià)連接得到的自支撐薄膜，F(xiàn)e3O4負(fù)載碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料是在碳納米管增強(qiáng)石墨烯的基底上均勻的負(fù)載上了一層粒徑約為200nm的Fe3O4的納米顆粒，同樣具有自支撐薄膜特性。將碳納米管增強(qiáng)石墨烯和Fe3O4負(fù)載碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合

4、材料作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)，無需導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，可以在銅箔上直接組裝成鋰離子電池負(fù)極，在100mA/g下循環(huán)100周后，碳納米管增強(qiáng)石墨烯和Fe3O4負(fù)載碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料的容量分別為545mAh/g和1038mAh/g，負(fù)載Fe3O4之后的容量提高了近一倍，而在經(jīng)過10A/g的大電流充放電后，在0.1A/g的電流密度下碳納米管增強(qiáng)石墨烯和Fe3O4負(fù)載碳納米管增強(qiáng)石墨烯復(fù)合材料的比容量分別保持在482mAh/g和955mAh/g