锂离子电池负极材料石墨烯的制备及其电化学性能研究-物理化学专业论文.docx

E 摘要摘要 摘要 摘要 锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、平均输出电压高等一系列优点， 它在移动通信、信息技术、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域 中具有重要和广阔的应用前景。目前为止，致力于锂离子电池负极材料的研究 很多，最常用的负极材料是石墨，石墨具有高导电性，高可逆比容量等优点， 并且具有良好的层状结构，适合锂的嵌入／脱嵌，能够形成锂．石墨层间化合物 Li．GIC，其充放电比容量可达300 m触地以上，充放电效率在90％以上，不可逆 容量低于50蛐，但是石墨的理论容量不高，且与有机溶剂相容能力差，所 以目前许多研究工作者都致力于石墨的改性研究。 自从Geilll发现石墨烯以来，石墨烯就被认为能在锂离子电池中取代石墨， 成为理想的锂离子电池负极材料。石墨烯是具有单层原子厚度的二维层状结构， 其比表面达到了2630 ln2儋，它具有良好的电导率、突出的电子性能、显著的机 械性能以及较宽的电化学窗口等优点。本论文通过大量的资料调研，紧跟该领 域的国际研究前沿，主要采用三种不同的合成方法制备石墨烯材料，考察不同 的合成条件对石墨烯材料的影响，并且应用SEM、TEM、红外等手段对目标材 料进行了结构表征。通过实验研究得到以下结论： 1、采用氧化石墨还原法制备得到石墨烯材料，系统研究了超声波分散时间、 回流时间对制备的石墨烯的电化学性能和结构特性的影响，研究结果表明：超 声波分散3 h后在loo℃条件下回流24 h能得到电化学性能较理想的石墨烯。以50 毗的电流密度充放电，其首次放电比容量为1030 m甜吨，经过20次充放电循 环后容量衰减为546 m刖g。其中，首次放电过程中消耗大量Li+用于形成SEI膜， 导致第二次放电比容量与首次放电比容量相比衰减很快，但从第二个循环开始 渐渐稳定。 2、采用在氮气气氛下热解的方法制备石墨烯，考察了三个不同温度段和焙 烧时间条件下制备的石墨烯性能，结果表明：无论是低温、中温还是高温制得 的石墨烯表现出的电化学性能都与石墨表现相当。其中900℃条件下焙烧2 h得 到的石墨烯相对而言表现出较稳定的电化学性能。在50毗电流密度下，较优 条件下合成的石墨烯材料的首次放电比容量达到了1513 mAj垤，经过50个循环 后容量为450 m刖g。 摘要3、采用氢气还原法合成石墨烯负极材料，实验表明整个合成过程与传统的 摘要 3、采用氢气还原法合成石墨烯负极材料，实验表明整个合成过程与传统的 合成方法相比简单易行。在制备的过程中，考察了还原温度、还原时间对制备 的石墨烯性能的影响，研究表明：300℃条件下还原2 h是制备石墨烯的最优条 件。在氢气气氛300℃条件下还原2 h制得的石墨烯表现出最佳的电化学性能， 其在50 n请／g电流密度下首次放电比容量为2274 mAUg，在第二个循环衰减为 1618 m触垤，但是经过50个循环之后放电比容量仍然高达1283 mAh儋。取谱图 表明，氧化石墨在还原作用下，其中的含氧基团得以去除从而使得制得的石墨 烯材料的碳氧比升高。石墨烯材料的层间距为O．37姗，这有利于材料的脱嵌锂 性能。 关键词：锂离子电池；负极材料；石墨；石墨烯；氢气还原法 Ⅱ AbstractAbstract Abstract Abstract Li“um·ion ba曲eries feature lligh eI坨rgy de璐i饥lligh aVerage ou∞ut Voltage 跹d llas n0 memory ea’ect．The proInising application are勰of linli啪-ion km耐es illclude mobile telecommunicatio芏li11fonnation tecllIlology，c0咖mer electr0Ilics， electric Vellicles，Ⅱlilita】眵锄d avi撕on aerospace．Up t0∞w，research in缸ode material of Li·ion ba位嘶es become Ino陀强d mo他哪l瓯M旬ority of the Li·ion batteries uSe孕’apllite懿anode material，since乎印llite h嬲high conductiVi晚higll reversible specific c印ac时锄d uIliq鹏layer structI鹏．This layer s仃ucture is berlencial t0 ex口action锄d i11senion of Li+mld lead t0 nle f0珊ation of Li．GIC．The cllarge and discharge