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用.pdf

1、石墨烯以其獨特的二維結(jié)構(gòu)及新奇的物理、化學特性引起了廣泛的關注并成為新材料領域的研究熱點。在能源危機日益嚴重的今天，石墨烯在能源儲存與轉(zhuǎn)化領域得以廣泛的研究，尤其是在鋰離子電池領域，石墨烯作為一種新型電極材料和電極改性材料，對發(fā)展高性能鋰離子電池、動力型鋰離子電池具有重要意義。而當前鋰離子電池的性能的提升主要受制于正極材料，因為當前正極材料較低的比容量、較差的倍率性能以及昂貴的價格遠遠不能滿足電動汽車發(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)氧基團等含氧官能團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可以與鋰離子發(fā)生可逆的氧化還原反應從而儲存鋰離子（C=O+Li++e-(→)C-O-Li），并且其表現(xiàn)的較寬的電化學電壓窗口，可以應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用于鋰離子電池正極的儲鋰特性，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、液相還原法等設計合成了一系列功能化石墨烯材料，應用于鋰離子電池正極材料時表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，同時，也探究了氮原子摻雜對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，高溫熱膨脹法還原氧化石墨的時候，通入一定量的空氣合成了功能化石墨烯，并對材料進行了詳細的表征分析以及測試了其正極電化學性能。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的存在，表現(xiàn)出較高的儲鋰性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2、采用無毒、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)?；苽溥€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間調(diào)控其表面含氧基團的數(shù)量，通過對比研究發(fā)現(xiàn)維

5、持氧含量的一個合理值有助于平衡其儲鋰能力和導電性，同時發(fā)現(xiàn)表面的羧基基團(-COOH)對法拉第儲鋰起主要作用。這對發(fā)展高性能的功能化石墨烯正極具有極高的指導意義。
　　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）摻雜對功能化石墨烯正極材料的影響。測試結(jié)果表明N摻雜對其電化學性能具有顯著的影響，并且氮含量越高，其電化學性能越優(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