基于石墨烯改性的鋰(鈉)離子電池負極材料與正極材料的研究.pdf

1、石墨烯是一種碳原子以sp2雜化軌道呈蜂巢晶格排列構成的單層二維材料，具有優(yōu)異的電學、力學以及熱學性能，是與電化學活性物質(zhì)復合的理想基體，在鋰（鈉）離子電池電極材料上具有良好的應用前景。
　　本文通過水（溶劑）熱法，制備石墨烯基負極、正極復合材料，詳細研究了石墨烯的引入對材料微觀結構的影響，復合材料微觀結構與電化學性能之間的關系，并探索了石墨烯在改善正、負極材料儲鋰（鈉）性能上的作用機理。
　　電極材料的微觀結構對其性能有很大

2、影響，利用石墨烯(G)可以獲得具有特殊微觀形貌的電極材料。本文采用一步水熱法制備了超薄NiS/G二維復合材料，并詳細分析了其生長機理。相對于單純NiS展現(xiàn)出的由納米棒團聚而成的納米花形結構，NiS/G復合材料展現(xiàn)出獨特的片-片復合二維層狀結構，NiS片層厚度小于5 nm，石墨烯層數(shù)小于8層。研究發(fā)現(xiàn)，在水熱反應過程中，石墨烯表面的含氧殘基與NiS納米棒表面的含硫殘基形成新的共價鍵，將NiS納米棒逐步剝離成納米片，形成新型超薄二維復合材料

3、。
　　本文研究了NiS/G復合物作為負極材料在鋰離子及鈉離子電池上的應用。研究表明，在儲鋰方面，NiS/G復合物在50 mA/g充放電流密度下，經(jīng)過100次循環(huán)依然保持481 mAh/g的可逆容量，高達其理論容量（約500 mAh/g）的96.2％;而單純NiS在10次循環(huán)后容量迅速衰減為140 mAh/g。在儲鈉方面，NiS/G復合物在400 mA/g的充電流密度下經(jīng)過10次循環(huán)后，容量保持在150 mAh/g以上，而單純Ni

4、S則不到80 mAh/g。在負極復合材料中，石墨烯不僅可以緩沖充放電過程中的體積效應，還能形成導電網(wǎng)絡提升導電性，并且在長時間循環(huán)過程中保持材料良好的分散性，從而顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。
　　本文采用溶劑熱法合成了LiFePO4/G復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，LiFePO4顆粒均勻地鑲嵌在石墨烯片層上，尺寸在100 nm以下。在5C電流密度下，LiFePO4/G復合材料的可逆容量高達105 mAh/g，而單純LiFePO4僅有