石墨烯和其復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鋰離子電池具有電壓高、容量大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本等便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域，并被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的能源存儲裝置。為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度和循環(huán)壽命，需要進(jìn)一步開發(fā)新的負(fù)極材料。石墨烯作為碳家族一員，由于具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、較高的比表面積和優(yōu)異的電子傳導(dǎo)速度，而成為最具潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。基于此，本文探索了不同的方法制備石墨烯，并將其用作為鋰離子電池負(fù)極材料。此外，還制備了石墨烯/MoS2復(fù)合材料，研

2、究了其電化學(xué)性能。具體研究結(jié)果如下：
　　1.以溴化亞銅為還原劑，在不同溶劑中還原氧化石墨制備的石墨烯。結(jié)果表明在鹽酸的水溶劑中合成的石墨烯性能最好，通過TEM分析發(fā)現(xiàn)，合成石墨烯的層數(shù)為兩層。電化學(xué)測試結(jié)果表明，在100 mA·g-1電流密度下，石墨烯的可逆放電比容量為1513 mAh·g-1，循環(huán)30次后容量還能保持在1207 mAh·g-1，容量保持率為80％。增加電流密度至500 mA·g-1時，可逆容量還能夠達(dá)到981

3、mAh·g-1，遠(yuǎn)高于石墨烯的理論比容量。
　　2.采用Ullmann反應(yīng)，以六溴苯為原料，溴化亞銅為催化劑，分別在無水無氧和空氣氣氛下，探索了合成石墨烯的最佳條件。結(jié)果表明，無水無氧條件下，六溴苯的加入量0.04 g，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間為12 h時，合成的石墨烯質(zhì)量最佳。在此條件下，空氣氛圍中，也可生成高質(zhì)量的石墨烯。
　　3.采用Ullmann反應(yīng)，以銅片為基底和催化劑，在Ar氣氛圍中回流1.5 h、4 h、8

4、 h、12 h、16 h、24 h制備石墨烯。結(jié)果證明反應(yīng)16 h時，制備的石墨烯質(zhì)量最優(yōu)為單層，通過差量法計(jì)算生成石墨烯的質(zhì)量為0.1 mg，以此質(zhì)量為活性物質(zhì)質(zhì)量則測得不的石墨烯的最高比容量為855.6 mAh·g-1。
　　4.采用電化學(xué)方法，以六溴苯的原料，分別以泡沫銅和泡沫鎳為極片，在100 mA·g-1的電流密度下充放電制備石墨烯。結(jié)果表明，無論是以泡沫銅還是泡沫鎳為極片充放電400次后，發(fā)現(xiàn)均有石墨烯生成，且具有一定

5、的儲鋰性能。
　　5.采用水熱法制備了不同MoS2含量的石墨烯/MoS2復(fù)合材料，其中加入鉬酸銨的量分別為0.15 g、0.20 g、0.25 g和0.30 g，并考察了12 h、24 h和36 h不同水熱時間對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，加入鉬酸銨0.25 g，反應(yīng)24 h時，復(fù)合材料的形貌和電化學(xué)性能最好。在100 mA·g-1電流密度下，復(fù)合材料的首次放電比容量為1680.9 mAh·g-1,經(jīng)五十次循環(huán)后，容量還高達(dá)1399.3