Fe2O3-石墨烯復(fù)合材料的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展離不開(kāi)對(duì)能源的大量需求。而環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越得到人們的重視,如何不以犧牲環(huán)境為代價(jià)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)文明的高速發(fā)展成為人們熱議的話題。鋰離子電池作為綠色環(huán)保高效的清潔能源,是未來(lái)替代傳統(tǒng)化石燃料的可靠選擇之一。
　　目前鋰離子電池作為便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具等設(shè)備的電源應(yīng)用已比較普遍。商用鋰離子電池的負(fù)極材料主要是以石墨類為主的碳材料,其性能穩(wěn)定安全,但其較低的比容量限制了鋰離子電池性能的進(jìn)一步提高。因此,研究新型的具有高容量

2、的負(fù)極材料是提高鋰離子電池性能的重要方向。其中,石墨烯基復(fù)合材料是研究熱點(diǎn)之一。由于石墨烯是具有特殊二維結(jié)構(gòu)的碳材料,其優(yōu)異的力學(xué),電化學(xué)性能使其有望成為具有較高比能量,性能穩(wěn)定的電極材料。本文對(duì)石墨烯及其復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié),并對(duì)其存在的主要問(wèn)題以及今后研究的重點(diǎn)進(jìn)行了分析。
　　論文第三章中介紹了利用改進(jìn) Hummer’s法制備了具有良好形貌的石墨烯材料。石墨烯片層比表面積大,厚度薄,還原程度高。并對(duì)材料

3、的電化學(xué)性能進(jìn)行表征。鑒于過(guò)渡金屬作為鋰離子電池負(fù)極材料具有高比容量的優(yōu)點(diǎn),論文選取綠色無(wú)害且來(lái)源廣泛的三氧化二鐵作為研究對(duì)象,利用無(wú)需表面活性劑的一步水熱法,制備了納米尺寸的三氧化二鐵材料。得到的納米材料粒徑分布窄,晶型良好,并具有較高的儲(chǔ)鋰能力,但其循環(huán)性能差。因此,嘗試將其與石墨烯材料進(jìn)行復(fù)合。
　　論文第四章中重點(diǎn)介紹了利用噴霧干燥法合成具有特殊微觀三維立體結(jié)構(gòu)的Fe2O3/石墨烯復(fù)合材料,并通過(guò)調(diào)整制備工藝控制材料的微觀

4、形貌。在此基礎(chǔ)上,研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)性能的影響,分析了復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰機(jī)理。得到的Fe2O3/石墨烯復(fù)合材料的可逆容量高達(dá)900 mAh·g-1以上。其中,石墨烯起到緩沖 Fe2O3體積效應(yīng)和增強(qiáng)材料內(nèi)部電子及離子傳輸能力的作用,增強(qiáng)了其循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能。而納米 Fe2O3插層在石墨烯片層中,有助于防止石墨烯重新堆疊,保持其儲(chǔ)鋰能力。利用噴霧干燥技術(shù)得到了復(fù)合材料的微米球狀結(jié)構(gòu),有利于石墨烯和納米 Fe2O3充分發(fā)揮兩種材