功能化石墨烯的可控合成及其在鋰離子電池正極材料中的應(yīng)用.pdf

1、石墨烯以其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)及新奇的物理、化學(xué)特性引起了廣泛的關(guān)注并成為新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，石墨烯在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域得以廣泛的研究，尤其是在鋰離子電池領(lǐng)域，石墨烯作為一種新型電極材料和電極改性材料，對(duì)發(fā)展高性能鋰離子電池、動(dòng)力型鋰離子電池具有重要意義。而當(dāng)前鋰離子電池的性能的提升主要受制于正極材料，因?yàn)楫?dāng)前正極材料較低的比容量、較差的倍率性能以及昂貴的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電動(dòng)汽車發(fā)展的要求，因此，開發(fā)更高比容量的新

2、型正極材料成為了亟待解決的問題。
　　通常采用氧化還原法制備的石墨烯可以看成石墨烯的含氧衍生物，羥基、羧基、環(huán)氧基團(tuán)等含氧官能團(tuán)的存在賦予了石墨烯一些新的特性。例如，石墨烯表面的含氧基團(tuán)可以與鋰離子發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)從而儲(chǔ)存鋰離子（C=O+Li++e-(→)C-O-Li），并且其表現(xiàn)的較寬的電化學(xué)電壓窗口，可以應(yīng)用于鋰離子電池正極材料。本論文旨在通過不同的功能化改性方法，探究功能化石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池正極的儲(chǔ)鋰特性，從而開發(fā)

3、新型的高性能正極材料。
　　在本論文中，通過熱膨脹法、水熱法、液相還原法等設(shè)計(jì)合成了一系列功能化石墨烯材料，應(yīng)用于鋰離子電池正極材料時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，同時(shí)，也探究了氮原子摻雜對(duì)功能化石墨烯正極材料性能影響。
　　1、以天然石墨作為碳源，通過改良的Hummer'法合成了氧化石墨，高溫?zé)崤蛎浄ㄟ€原氧化石墨的時(shí)候，通入一定量的空氣合成了功能化石墨烯，并對(duì)材料進(jìn)行了詳細(xì)的表征分析以及測(cè)試了其正極電化學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)功能化石墨烯擁

4、有特殊的薄層多孔結(jié)構(gòu)，并且由于其表面官能團(tuán)的存在，表現(xiàn)出較高的儲(chǔ)鋰性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2、采用無(wú)毒、低成本的乙二醇作為還原劑，發(fā)展了一種可批量制備功能化石墨烯的技術(shù)路線，此方法制備的功能化石墨烯表現(xiàn)出較高的放電比容量以及極高的循環(huán)穩(wěn)定性，此方法可用于規(guī)模化制備還原的氧化石墨烯用于發(fā)展鋰離子電池正極材料。
　　3、采用水熱法還原氧化石墨烯合成還原氧化石墨烯，通過控制水熱還原的時(shí)間調(diào)控其表面含氧基團(tuán)的數(shù)量，通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)維

5、持氧含量的一個(gè)合理值有助于平衡其儲(chǔ)鋰能力和導(dǎo)電性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)表面的羧基基團(tuán)(-COOH)對(duì)法拉第儲(chǔ)鋰起主要作用。這對(duì)發(fā)展高性能的功能化石墨烯正極具有極高的指導(dǎo)意義。
　　4、合成了氮摻雜的功能化石墨烯，探究了異質(zhì)原子（N原子）摻雜對(duì)功能化石墨烯正極材料的影響。測(cè)試結(jié)果表明N摻雜對(duì)其電化學(xué)性能具有顯著的影響，并且氮含量越高，其電化學(xué)性能越優(yōu)異，氮含量為9.26％的功能化石墨烯在1 Ag-1的電流密度下，1000圈循環(huán)后，放電比容量仍高