石墨烯基雜化材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其儲(chǔ)能機(jī)制研究.pdf

1、石墨烯具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的理化性質(zhì)，在能量的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工程化應(yīng)用的主要瓶頸是其分散與宏量制備問題，主要研究方向?yàn)榘l(fā)展更高性能的儲(chǔ)能材料。針對石墨烯在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中規(guī)?；瘧?yīng)用的基本問題，本論文的主要研究成果是成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的高效與穩(wěn)定分散；發(fā)展了一種高性能薄層石墨材料宏量制備方法，并比較研究了其儲(chǔ)鋰行為；在研究不同碳包覆形態(tài)對鋰離子電池正極材料性能的影響基礎(chǔ)上，制備出一種高性能層

2、次碳包覆結(jié)構(gòu)的正極材料；此外，作者還發(fā)展了一種石墨烯-碳納米管雜化全碳催化材料，并對其氧還原作用機(jī)制進(jìn)行了研究。
　　在石墨烯分散方面，本研究實(shí)現(xiàn)了石墨烯在水溶液與有機(jī)溶劑中的高效穩(wěn)定分散。作者的研究表明聚乙烯吡咯烷酮具有優(yōu)異的石墨烯分散性能，利用聚乙烯吡咯烷酮得到的石墨烯分散液最高濃度可以達(dá)到1.3 mg mL-1；作者還發(fā)現(xiàn)提高石墨烯與水溶液的浸潤性可以提高石墨烯的分散效率。與此同時(shí)，作者發(fā)展了石墨烯部分包覆正極材料的方法，這

3、種方法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯在電極活性物質(zhì)中的良好分散。另外，本研究制備的石墨烯-碳納米管雜化材料是一種石墨烯宏觀體，利用這種宏觀體可以實(shí)現(xiàn)石墨烯在電極中的良好分散。
　　在石墨烯規(guī)?；瘧?yīng)用方面，作者在目前石墨烯宏量制備工藝不成熟的情況下，制備出一種具有優(yōu)異電化學(xué)性質(zhì)的薄層石墨材料，這種薄層石墨材料可以在某些領(lǐng)域作為石墨烯的低成本替代產(chǎn)品。另外，本文還針對石墨烯導(dǎo)電劑在規(guī)?；瘧?yīng)用過程中的問題，研究了石墨烯對鋰離子電池中離子傳輸過程的影響。

4、
　　在石墨烯基高性能電極材料制備及作用機(jī)制探究方面，本研究開發(fā)了薄層石墨這種高性能鋰離子電池負(fù)極材料。作者通過對比不同層數(shù)的石墨與石墨烯的儲(chǔ)鋰行為，發(fā)現(xiàn)減少石墨中石墨烯片層數(shù)可以有效提高石墨的電化學(xué)儲(chǔ)鋰容量，有利于電化學(xué)過程中傳質(zhì)與傳荷過程實(shí)現(xiàn)。本研究結(jié)果表明碳包覆需要均衡電化學(xué)反應(yīng)過程中電子與離子的傳輸過程，提出理想的碳包覆應(yīng)該在提升材料的電子導(dǎo)電性的同時(shí)兼顧鋰離子的傳輸性能；作者在前期研究基礎(chǔ)上制備出具有高能量密度、高功率密