鋰離子電池負(fù)極材料石墨烯的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高、無記憶效應(yīng)、平均輸出電壓高等一系列優(yōu)點(diǎn),它在移動(dòng)通信、信息技術(shù)、消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車、航空航天和國防科技等領(lǐng)域中具有重要和廣闊的應(yīng)用前景。目前為止,致力于鋰離子電池負(fù)極材料的研究很多,最常用的負(fù)極材料是石墨,石墨具有高導(dǎo)電性,高可逆比容量等優(yōu)點(diǎn),并且具有良好的層狀結(jié)構(gòu),適合鋰的嵌入／脫嵌,能夠形成鋰-石墨層間化合物L(fēng)i-GIC,其充放電比容量可達(dá)300mAh／g以上,充放電效率在90％以上,不可逆容量低于50mA

2、h／g,但是石墨的理論容量不高,且與有機(jī)溶劑相容能力差,所以目前許多研究工作者都致力于石墨的改性研究。
　　 自從Geim發(fā)現(xiàn)石墨烯以來,石墨烯就被認(rèn)為能在鋰離子電池中取代石墨,成為理想的鋰離子電池負(fù)極材料。石墨烯是具有單層原子厚度的二維層狀結(jié)構(gòu),其比表面達(dá)到了2630m2／g,它具有良好的電導(dǎo)率、突出的電子性能、顯著的機(jī)械性能以及較寬的電化學(xué)窗口等優(yōu)點(diǎn)。本論文通過大量的資料調(diào)研,緊跟該領(lǐng)域的國際研究前沿,主要采用三種不同的合成

3、方法制備石墨烯材料,考察不同的合成條件對(duì)石墨烯材料的影響,并且應(yīng)用SEM、TEM、紅外等手段對(duì)目標(biāo)材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。通過實(shí)驗(yàn)研究得到以下結(jié)論:
　　 1、采用氧化石墨還原法制備得到石墨烯材料,系統(tǒng)研究了超聲波分散時(shí)間、回流時(shí)間對(duì)制備的石墨烯的電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特性的影響,研究結(jié)果表明:超聲波分散3h后在100℃條件下回流24h能得到電化學(xué)性能較理想的石墨烯。以50mA／g的電流密度充放電,其首次放電比容量為1030mAh／g,經(jīng)

4、過20次充放電循環(huán)后容量衰減為546mAh／g。其中,首次放電過程中消耗大量Li+用于形成SEI膜,導(dǎo)致第二次放電比容量與首次放電比容量相比衰減很快,但從第二個(gè)循環(huán)開始漸漸穩(wěn)定。
　　 2、采用在氮?dú)鈿夥障聼峤獾姆椒ㄖ苽涫?考察了三個(gè)不同溫度段和焙燒時(shí)間條件下制備的石墨烯性能,結(jié)果表明:無論是低溫、中溫還是高溫制得的石墨烯表現(xiàn)出的電化學(xué)性能都與石墨表現(xiàn)相當(dāng)。其中900℃條件下焙燒2h得到的石墨烯相對(duì)而言表現(xiàn)出較穩(wěn)定的電化學(xué)性

5、能。在50mA／g電流密度下,較優(yōu)條件下合成的石墨烯材料的首次放電比容量達(dá)到了1513mAh／g,經(jīng)過50個(gè)循環(huán)后容量為450mAh／g。
　　 3、采用氫氣還原法合成石墨烯負(fù)極材料,實(shí)驗(yàn)表明整個(gè)合成過程與傳統(tǒng)的合成方法相比簡(jiǎn)單易行。在制備的過程中,考察了還原溫度、還原時(shí)間對(duì)制備的石墨烯性能的影響,研究表明:300℃條件下還原2h是制備石墨烯的最優(yōu)條件。在氫氣氣氛300℃條件下還原2h制得的石墨烯表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能,其在50