磷化銅、磷化銅-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，金屬磷化物作為鋰離子電池電極材料因其儲(chǔ)鋰容量大、極化電位低、循環(huán)壽命長(zhǎng)受到了研究者極大的關(guān)注。特別是磷化銅，其體積容量是商用石墨烯的4倍，應(yīng)用前景巨大。與其他金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料類似，金屬磷化物在嵌鋰/脫鋰過(guò)程很容易引起的自身體積膨脹，導(dǎo)致電池容量衰減。研究表明，一方面制備出特定形貌的、尺寸均一的電極材料可以提高材料的電學(xué)性能，另一方面，和高導(dǎo)電性、高熱穩(wěn)定的碳基材料復(fù)合也是行之有效的方法之一。
　　石墨烯因其

2、獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，使其擁有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性、熱穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)柔性。雖然自身作為鋰電子負(fù)極材料有諸如較大的不可逆容量、電池容量衰減大、較低的庫(kù)侖效率等缺點(diǎn)，但作為復(fù)合物的基體材料，已被證明能夠極大的提高復(fù)合材料的循環(huán)性能。與金屬磷化物復(fù)合，石墨烯能夠?yàn)榱谆锛{米粒子提供穩(wěn)固的錨定點(diǎn)，石墨烯巨大的比表面積、優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力、結(jié)構(gòu)的柔性能夠阻礙納米粒子體積膨脹和團(tuán)聚，同時(shí)，納米粒子能夠增加石墨烯片層間距，減少石墨烯片堆聚，從而提高其電化學(xué)性能。

3、所以，石墨烯與Cu3P納米粒子形成復(fù)合材料能夠協(xié)同的提高材料電化學(xué)性能。
　　本課題利用水熱/溶劑熱法，成功的合成了一些特殊形貌的 Cu3P納/微米材料和Cu3P/石墨烯復(fù)合材料，并通過(guò)對(duì)條件實(shí)驗(yàn)和結(jié)果的分析，初步探索了它們的生長(zhǎng)過(guò)程和材料的電化學(xué)性能。本課題主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：
　?。?）用硫酸銅（CuSO4·5H2O）和白磷（P4）作為反應(yīng)物，在EDTA-2Na和 PEG-10000的共同調(diào)控下，利用水熱法成功

4、地制備出形貌和尺寸均一磷化銅空心球。產(chǎn)品的物相、尺寸和形貌分析采用 X-射線衍射花樣（XRD）和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果表明，所得磷化銅具有良好的結(jié)晶度，為純的六方晶相，且形貌均一。最后，Cu3P空心球作為鋰離子電池的負(fù)極材料，其電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明初始放電容量達(dá)到了947.4 mA·h/g，循環(huán)10次后，仍能維持224 mA·h/g。這種較高的放電容量可能與納米晶的尺寸和空心結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　?。?）采用

5、DMF作為溶劑、以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為表面活性劑，利用溶劑熱法成功地制備出Cu3P納米管。產(chǎn)品的物相、尺寸和形貌利用XRD、EDS、FE-SEM和TEM進(jìn)行了表征。測(cè)試結(jié)果表明，所得產(chǎn)品具有純的六方相結(jié)構(gòu)，并且具有良好的結(jié)晶度，產(chǎn)品的形貌為均一的納米管。十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）對(duì) Cu3P納米管形貌的形成發(fā)揮了關(guān)鍵的輔助作用。最后，通過(guò)一系列的條件實(shí)驗(yàn)，得出合成的最佳溫度和時(shí)間分別為180℃和16 h。同時(shí)，對(duì)所

6、得產(chǎn)品生長(zhǎng)機(jī)理也做了初步的探討。對(duì)納米管的充放電測(cè)試結(jié)果表明其初始放電比容量高達(dá)1078 mA·h/g，并且20圈后仍能維持600 mA h/g以上。
　?。?）在CTAB的輔助下，使用簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備出磷化銅/石墨烯復(fù)合材料，通過(guò)XRD、EDS、FE-SEM、TEM等表征手段得出，制備的Cu3P為結(jié)晶度高的六方晶相結(jié)構(gòu)，其形貌為粒徑約80~120 nm的六邊形。對(duì)復(fù)合材料的電學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明其初始放電容量高達(dá)1244.69