新型石墨烯-納米硅復合負極材料儲鋰性能的研究.pdf

1、當今社會是個能源的社會,新型能源的開發(fā)與利用備受關注,鋰離子電池作為二次可充電的化學電源具有優(yōu)異的性能,如:高能量、低消耗、無記憶效應以及自放電小、內阻小、性價比高、污染少等優(yōu)點,鋰離子電池負極材料儲鋰性能的研究是提高鋰離子電池性能的重要途徑。硅與鋰形成Li22Si5合金化合物的理論容量達到4212 mAh/g,是目前所研究各種合金中理論容量最高的,但是在脫嵌鋰過程中硅的體積膨脹導致電極粉化,電池的循環(huán)穩(wěn)定性差。石墨烯具有優(yōu)良的電傳導性

2、、較高的比表面積(2600 m2/g)、優(yōu)異的熱學性能和機械性能等優(yōu)勢,使得其有可能代替石墨成為新型的鋰離子電池負極材料,但單純的石墨烯理論容量仍不夠高,這限制了它的應用。本文主要研究了新型石墨烯/納米硅復合負極材料的儲鋰性能,提出了一種通過共價連接提高石墨烯復合材料循環(huán)性能的方法,具體工作分為以下四個方面。
　　1.第一部分采用改良的Hummers法制備氧化石墨烯,然后通過高溫熱還原制備石墨稀,并采用SEM、STM、AFM、XR

3、D、Raman、FTIR等多種手段對制備的材料進行結構和形貌的表征,這兩種材料的成功制備為后續(xù)工作提供了原材料。
　　2.第二部分采用機械超聲混合法把第一部分制備的氧化石墨烯和預處理的納米硅機械超聲混合,過濾成膜后直接剪成電極片形狀進行熱還原,制備石墨烯/納米硅復合材料電極片,并對復合材料進行結構和形貌上的表征,然后裝配電池進行電化學性能測試。研究表明,石墨烯/納米硅復合材料的循環(huán)穩(wěn)定性較原始的石墨烯、原始納米硅都有很大的提高,循

4、環(huán)100次后容量維持在325 mAh/g。
　　3.第三部分利用酯化反應,把氧化石墨烯與苯二硼酸共價連接起來,增大氧化石墨烯片層的間距,并與納米硅機械超聲混合后熱還原制備石墨烯/納米硅/苯二硼酸復合負極材料,通過SEM、STM、AFM、XRD、Raman、FTIR等多種手段對復合材料進行了表征,裝配電池后測試電化學性能。結果顯示,新型的復合負極材料裝備的電池在循環(huán)100次后容量維持在410 mAh/g,比石墨烯/納米硅復合材料的循