三維Na2Ti3O7-石墨烯鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著便攜電子設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展和電動(dòng)汽車(chē)的大量投入，鋰離子電池（LIB）被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，而鋰資源在地殼中含量少，因此成本急劇增加，亟需開(kāi)發(fā)新一代資源豐富、成本低、性能好且安全可靠的新一代可再生能源體系。Na在自然界中含量豐富（地殼中占2.65％），鈉離子電池（NIB）具有許多優(yōu)異之處，有望替代 LIB成為下一代儲(chǔ)能體系。發(fā)展鈉離子電池，尤其是對(duì)能量密度和體積要求不高的大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用而言，是極具前景的策略和趨勢(shì)。本文從開(kāi)發(fā)新型鈉離子電池

2、負(fù)極材料出發(fā)，以Na2Ti3O7（NTO）做為鈉-基材料，針對(duì)其導(dǎo)電性差、容量低且易衰減、循環(huán)性能不穩(wěn)定等缺陷，加入石墨烯（G）進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)石墨烯包覆，對(duì)Na2Ti3O7基體材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能方面的改性，主要研究成果如下：
　　1．氧化石墨烯和純NTO的制備及表征。采用改良的Hummers法制備氧化石墨烯，并對(duì)其進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)分析和基本的電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所制備的氧化石墨烯質(zhì)量較好；采用鈦酸四丁酯的乙醇溶液和氫氧化鈉的水溶液混

3、合進(jìn)行簡(jiǎn)單的溶劑熱法低溫反應(yīng)，得到白色NTO納米線，用于對(duì)比試驗(yàn)。
　　2．物理共混法制備N(xiāo)TO/G復(fù)合材料。先制備出NTO基體材料，再與氧化石墨烯乙醇溶液混合攪拌，通過(guò)溶劑熱處理得到復(fù)合材料，進(jìn)行物理特性和化學(xué)性能表征。形貌結(jié)構(gòu)分析表明NTO均勻地嵌在三維石墨烯片層中形成網(wǎng)絡(luò)狀，石墨烯對(duì)NTO納米線充分包覆；電化學(xué)性能有明顯提高，在高倍率2000 mA/g的電流密度下比容量達(dá)116 mAh/g，有著優(yōu)異的倍率性能；電流密度100

4、 mA/g下循環(huán)300次仍能保持134 mAh/g的可逆容量，顯示出良好的循環(huán)性能。
　　3．原位復(fù)合法制備N(xiāo)TO/G復(fù)合材料。原位復(fù)合法即在生成NTO的同時(shí)合成復(fù)合材料 NTO/G。用鈦酸四丁酯直接滴入氧化石墨烯溶液中，溶劑熱反應(yīng)生成中間產(chǎn)物 TiO2/G，用 NaOH溶液浸泡后再溶劑熱反應(yīng)，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行物理和化學(xué)性能表征。一維納米線與三維石墨烯之間同樣形成分層多孔結(jié)構(gòu)，且分散均勻。在20 mA/g電流密度時(shí)有269.2 mA