三維層級結構電極材料的設計、制備及應用.pdf

1、為了提高鋰離子電池的能量密度和功率密度，在本文中，我們將具有納米微米分級結構的混合導電網絡引入到電極材料中。在我們的混合導電網絡中，存在著大量的納米多孔孔道，可以大大縮短鋰離子的傳輸距離，利用這些納米多孔孔道為基本結構單元再與微米級別的導電網絡相復合，最終得到了微米級別的三維多孔導電網絡，從而實現(xiàn)鋰離子和電子的快速輸運。在此基礎上，我們設計了三種具有三維多孔導電網絡的電極材料:
　　首先，我們利用廉價的三聚氰胺作為碳源和氮源，乙酸

2、鈷作為催化劑，通過簡單的固相燒結法，制備出了一種氮摻雜的碳納米管和石墨烯的三維雜化結構。該結構不僅可以實現(xiàn)碳納米管和石墨烯功能的互補，同時氮摻雜和碳缺陷引入的大量介孔，可以有效縮短鋰離子的傳輸距離和存儲更多的活性物質。我們還發(fā)現(xiàn)，該材料中金屬催化劑布滿整個碳骨架，與氮摻雜形成協(xié)同的催化效應。當其作為鋰硫電池正極材料時，在0.5C的倍率下，循環(huán)100次后，其容量還可以保持在800mAh g-1左右，其可逆容量要遠高于算出來后的樣品。相對于

3、傳統(tǒng)的CVD法，我們的固相制備法更加安全，可操作性強，效率高，經濟實用。
　　其次，我們利用檸檬酸鹽和鎂粉等作為原材料，通過簡單的固相鎂熱還原的方法制備出了具有分層多孔結構的石墨烯基氣溶膠，取代了石墨烯氣溶膠制備過程中最常用，但費時、昂貴的冷凍干燥法。我們制備的石墨烯基氣溶膠中，具有豐富的大孔和介孔，其孔道之間以碳納米片相互互聯(lián)成三維導電網絡，可以實現(xiàn)鋰離子和電子的快速傳遞。當用其作為鋰硫電池正極材料時，可實現(xiàn)超高的載硫量(75