三維層級結(jié)構(gòu)電極材料的設(shè)計、制備及應(yīng)用.pdf

1、為了提高鋰離子電池的能量密度和功率密度，在本文中，我們將具有納米微米分級結(jié)構(gòu)的混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)引入到電極材料中。在我們的混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，存在著大量的納米多孔孔道，可以大大縮短鋰離子的傳輸距離，利用這些納米多孔孔道為基本結(jié)構(gòu)單元再與微米級別的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相復(fù)合，最終得到了微米級別的三維多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)鋰離子和電子的快速輸運(yùn)。在此基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了三種具有三維多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電極材料:
　　首先，我們利用廉價的三聚氰胺作為碳源和氮源，乙酸

2、鈷作為催化劑，通過簡單的固相燒結(jié)法，制備出了一種氮摻雜的碳納米管和石墨烯的三維雜化結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)碳納米管和石墨烯功能的互補(bǔ)，同時氮摻雜和碳缺陷引入的大量介孔，可以有效縮短鋰離子的傳輸距離和存儲更多的活性物質(zhì)。我們還發(fā)現(xiàn)，該材料中金屬催化劑布滿整個碳骨架，與氮摻雜形成協(xié)同的催化效應(yīng)。當(dāng)其作為鋰硫電池正極材料時，在0.5C的倍率下，循環(huán)100次后，其容量還可以保持在800mAh g-1左右，其可逆容量要遠(yuǎn)高于算出來后的樣品。相對于

3、傳統(tǒng)的CVD法，我們的固相制備法更加安全，可操作性強(qiáng)，效率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
　　其次，我們利用檸檬酸鹽和鎂粉等作為原材料，通過簡單的固相鎂熱還原的方法制備出了具有分層多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯基氣溶膠，取代了石墨烯氣溶膠制備過程中最常用，但費(fèi)時、昂貴的冷凍干燥法。我們制備的石墨烯基氣溶膠中，具有豐富的大孔和介孔，其孔道之間以碳納米片相互互聯(lián)成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)鋰離子和電子的快速傳遞。當(dāng)用其作為鋰硫電池正極材料時，可實(shí)現(xiàn)超高的載硫量(75