石墨烯基納米復(fù)合材料在鋰二次電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著移動電子設(shè)備、電動汽車、智能電網(wǎng)以及航空航天等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，商用鋰離子電池受其傳統(tǒng)電極材料理論比容量限制，已無法滿足日益增長的能源需求，開發(fā)具有高能量密度、高功率密度和環(huán)保經(jīng)濟(jì)的電極材料體系以及其他鋰二次電池體系迫在眉睫。目前研究者致力于探索應(yīng)用于鋰離子電池、鋰有機(jī)電池和鋰硫電池等鋰二次電池的新型電極材料，對推動能源存儲系統(tǒng)的科學(xué)可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。針對電極材料存在的瓶頸問題，包括氧化錫負(fù)極材料充放電過程中的巨大體積變化、有

2、機(jī)電極材料在電解液中的溶解以及鋰硫電池循環(huán)過程中多硫陰離子的“穿梭效應(yīng)”等，本課題旨在探索和挖掘具有獨(dú)特各向異性、高電荷遷移率等優(yōu)異特性的石墨烯基二維材料在電極材料改性中的應(yīng)用價(jià)值。研究主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.通過在水熱碳化蔗糖的過程中引入含硼前驅(qū)體（硼酸或苯硼酸），對負(fù)載有氧化錫納米顆粒的石墨烯納米片進(jìn)行包覆，最后對包覆中間產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，制備了一種具有二維核殼結(jié)構(gòu)的硼摻雜碳包覆氧化錫/石墨烯納米片。得益于摻雜碳材料和二維

3、核殼結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)，該石墨烯基二維復(fù)合材料被應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，既可以有效緩解氧化錫的體積膨脹又能夠提供更多活性儲鋰位點(diǎn)，極大提高了電極材料的穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和電化學(xué)活性，以苯硼酸為前驅(qū)體制備得到的復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)電化學(xué)性能。
　　2.以聚丙烯腈修飾的石墨烯為模板，采用離子熱方法（以氯化鋅為溶劑和催化劑），通過調(diào)節(jié)不同單體（鄰、間、對苯二腈）和合成溫度制備了具有納米級別厚度、超高比表面積、可控孔徑分布以及共價(jià)鍵合的石墨烯-多

4、孔聚三嗪衍生骨架。這種石墨基二維多孔材料作為鋰二次電池正極材料，能夠促進(jìn)電子和離子的快速傳輸以及有效抑制電活性基團(tuán)在電解液中的溶解問題，表現(xiàn)出超長循環(huán)壽命和超高比容量，其優(yōu)異性能遠(yuǎn)勝于先前文獻(xiàn)報(bào)道的非無機(jī)類正極材料。
　　3.鑒于上述石墨烯基二維多孔碳材料具有諸多結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，如納米厚度、高比表面積、可控孔結(jié)構(gòu)、氮摻雜特性和優(yōu)異導(dǎo)電性等，進(jìn)一步將其選作負(fù)載單質(zhì)硫的理想載體，采用融化擴(kuò)散方法制備了石墨烯基二維多孔碳/硫復(fù)合材料。這種對硫