碳族氧化物-石墨烯復(fù)合材料制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池(LIBs)作為一種高效的電化學(xué)能量儲存裝置，因其具有較高的能量密度、較長的使用壽命以及更高的安全性成為了近幾年的研究熱點(diǎn)。進(jìn)一步提高鋰離子電池的電化學(xué)性能，提高電池性能的關(guān)鍵之一在于開發(fā)具有更高電導(dǎo)率的新電極活性材料。目前，商業(yè)中鋰離子電池常用的負(fù)極材料石墨理論容量僅有372 mAh g-1。碳族元素，例如錫和硅作為負(fù)極材料家族中重要的成員由于它們較高的理論儲鋰容量（＞600 mAhg-1）被廣泛的研究。硅基材料和錫基材料鋰

2、離子負(fù)極材料可以提供比傳統(tǒng)負(fù)極材料石墨更大數(shù)量級的比容量。然而，這些材料很難形成穩(wěn)定的負(fù)極材料，因為它們在電化學(xué)反應(yīng)過程中會與鋰發(fā)生合金化和去合金化從而導(dǎo)致顯著的體積變化。因此尋求減緩這些材料體積變化的辦法，提高其循環(huán)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，具有很大的研究意義。
　　基于石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，本論文嘗試在石墨烯的基礎(chǔ)上摻雜碳族氧化物（二氧化錫和二氧化硅），制備了多種復(fù)合材料，并對材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌等物理表征和電化學(xué)性能

3、測試。具體內(nèi)容包括:
　　1.氧化還原法制備石墨烯及其結(jié)構(gòu)研究
　　以天然石墨為原料，通過改進(jìn)Hummers法得到氧化石墨，以水合肼為還原劑，水熱條件下還原氧化石墨得到石墨烯，并通過表征手段透射電子顯微鏡和場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察其結(jié)構(gòu)特性可以確定石墨烯的成功制備。
　　2.SiO2/石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究
　　以氧化石墨和真硅酸四乙酯為原料，在堿性條件下水熱反應(yīng)得到二氧化硅/石墨烯復(fù)合材料。無定

4、形態(tài)的二氧化硅以平均直徑約為100納米的球狀結(jié)構(gòu)附著在石墨烯的表面，電化學(xué)性能測試表明二氧化硅/石墨烯復(fù)合材料首次充放電比容量分別為129.5mAhg-1和244.1 mAhg-1，在200mAg-1的電流密度下循環(huán)50次仍保持73.6mAhg-1。
　　3.多孔SnO2納米球/石墨烯復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究
　　以氧化石墨和SnCl2·2H2O為原料，在酸性條件下水熱反應(yīng)得到SnO2納米球/石墨烯復(fù)合材料。通過改變試

5、驗參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)隨著氧化石墨含量的增加、水熱反應(yīng)溫度的升高、水熱反應(yīng)時間的增加以及濃鹽酸含量的增加都會促進(jìn)復(fù)合材料中SnO2納米球的生長，使其平均直徑有所增大，同時對SnO2納米球的結(jié)晶度也會有所影響。得到的復(fù)合材料的比表面為59.50m2/g，平均孔徑為3.188nm以及0.086cm3g-1的孔隙間距。電化學(xué)性能測試表明SnO2納米球/石墨烯復(fù)合材料首次充放電比容量分別為1520.76mAhg1和952.2 mAhg-1，經(jīng)過五十次