本文關(guān)鍵詞：自支撐石墨烯基復合膜的制備及其電化學性能研究

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【摘要】：鋰離子電池作為一種新型的儲能設(shè)備,已經(jīng)在便攜式電子產(chǎn)品上面得到廣泛的應用。隨著電動汽車和柔性電子等領(lǐng)域的發(fā)展,對鋰離子電池提出了更高的要求,包括更高的功率密度、更高的輸出電壓、更高的工作溫度和更好的安全性能、以及具備良好的力學性能和柔韌性。對于高性能鋰離子電池而言,電極活性材料的改進和革新是提高其綜合性能的核心和關(guān)鍵。在鋰離子電池負極材料方面,商業(yè)化的石墨負極理論比容量低(372 mAh g-1),不能滿足新一代高性能鋰離子電池的要求,研發(fā)其可代替材料是一種較好的選擇。過渡金屬氧化物負極和硅負極材料就有更高的比容量,是很有發(fā)展前景的負極材料,然而因其在循環(huán)過程中的體積膨脹效應導致容量衰減過快的問題是限制其應用的主要瓶頸。石墨烯作為一種新型的二維材料,具有極強的導電性和極好的力學強度,可以作為過渡金屬氧化物負極和硅負極的載體,抑制其充放電過程中體積效應,達到改善其性能的目的。因而,本論文通過制備石墨烯和過渡金屬氧化物三維復合材料,以及石墨烯和硅納米顆粒三維復合材料,考察其微觀結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系,進一步優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu),得到了一些有意義的結(jié)果。1.首先用改進的Hummers法制備了氧化石墨烯,將其水溶液抽濾成膜并還原后得到了自支撐的石墨烯膜,然后再通過簡單的溶劑熱-熱分解法在石墨烯膜的表面生長出多孔的Co3O4納米片陣列,得到自支撐的Co3O4納米片/石墨烯復合膜材料。SEM結(jié)果表明Co3O4納米片之間相互貫穿,形成一個三維有序多孔的納米片陣列,且Co3O4納米片是由納米顆粒構(gòu)成的。將這種復合膜用作鋰離子電池負極材料,在200 mA g-1的電流密度下,經(jīng)過200次循環(huán)后,可逆容量高達453 mAh g-1,倍率性能測試中,電流密度從100 mA g-1逐漸增大到2000 mA g-1,在這些不同的電流密度下分別循環(huán)10次后再返回到100 mA g-1的電流密度時,其可逆容量可恢復到650 mAh g-1,表現(xiàn)出較純的石墨烯膜和純的Co3O4粉末更為優(yōu)異的電化學性能。2.首先通過水熱法合成了MnO2納米線,然后將其加入到氧化石墨烯水溶液中,超聲分散攪拌均勻,然后再將該均勻的混合溶液抽濾成膜,還原后得到了自支撐MnO2納米線/石墨烯復合膜。SEM的測試結(jié)果表明,還原以后的MnO2納米線/石墨烯復合膜具有多孔結(jié)構(gòu),MnO2納米線均勻地夾雜在石墨烯的片層之間。電化學性能測試結(jié)果表明,在200 mA g-1的電流密度下,200次循環(huán)后的可逆容量高達480 mAh g-1。倍率性能測試中,電流密度分別為100、200、500、1000、2000 mA g-1時,其可逆比容量分別是900、600、400、300、200 mAh g-1。它表現(xiàn)出比純MnO2納米線更加優(yōu)異的性能,改善了純MnO2的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。3.將表面功能化處理的Si納米顆粒和氧化石墨烯水溶液進行超聲分散,攪拌均勻,利用Si納米顆粒表面的氨基和氧化石墨烯表面的含氧基團之間的縮合反應,使得Si納米顆粒均勻的附著在氧化石墨烯片上面,經(jīng)過抽濾成膜和還原以后得到自支撐的Si納米顆粒/石墨烯復合膜。SEM測試結(jié)果表明這種復合膜是一種層狀結(jié)構(gòu)的多孔膜,Si納米顆粒均勻的負載在石墨烯片上面并夾在片層之間的多孔結(jié)構(gòu)當中。將其用作鋰離子電池負極材料,在400 mA g-1的電流密度下,首次放電比容量為2500 mAh g-1,充電比容量為1350 mAh g-1,對應的庫倫效率為54%,且7次循環(huán)以后庫倫效率就一直保持在98%以上,經(jīng)歷1300次循環(huán)以后復合膜的可逆比容量仍具有660 mAh g-1。倍率性能結(jié)果表明,當電流密度分別為100、200、500、1000、2000 mA g-1時,其可逆比容量分別是1718、1206、864、598、307 mAh g-1。顯著地改善了純Si納米顆粒容量衰減太快、循環(huán)穩(wěn)定性差、循環(huán)壽命短、體積膨脹效應嚴重等方面的問題。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71;TM912

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1 邱禮平;資名揚;胡碧君;溫其標;;天然高分子復合膜的制備及性能研究[A];“食品加工與安全”學術(shù)研討會暨2010年廣東省食品學會年會論文集[C];2010年

2 劉富;左丹英;操建華;朱寶庫;徐又一;;有機/無機支撐復合膜的制備與應用[A];第五屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉慶嶺;王同華;張志國;梁長海;郭洪臣;邱介山;曹義鳴;;新型炭/T型分子篩復合膜材料的設(shè)計、制備及應用[A];第六屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（7）[C];2007年

4 李安武;熊國興;谷景華;鄭祿彬;;金屬陶瓷復合膜的制備[A];第二屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集[C];1995年

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2 孫志明;復合膜質(zhì)量控制[N];中國包裝報;2008年

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