三維多孔石墨烯基復(fù)合材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、隨著電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能裝置逐漸興起，對(duì)鋰離子電池的能量密度和功率密度提出更高的要求。但目前石墨作為鋰電池商用負(fù)極材料，其理論比容量?jī)H有372mAh g-1，極大限制了鋰電池整體的能量密度和功率密度。石墨烯具有單層原子的厚度、柔韌的二維結(jié)構(gòu)，近年來，因其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)成為全世界研究的熱門材料。硅、鍺、錫等四族金屬材料擁有較高的比容量，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的負(fù)極材料，但作為負(fù)極材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大體積膨脹，導(dǎo)致活性物質(zhì)開裂與粉化。為解決

2、這一問題，使用石墨烯基材料與容量較高的金屬材料原位復(fù)合，利用石墨烯優(yōu)異的機(jī)械性能抑制金屬電極材料體積膨脹及提高其導(dǎo)電性，最終可以獲得高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的復(fù)合電極材料。
　　本文使用氯化亞錫作為錫源，聚苯乙烯微球作為碳源，利用碳熱還原反應(yīng)，在退火處理后得到石墨烯與錫三維多孔復(fù)合電極材料。通過控制退火溫度、聚苯乙烯微球粒徑、基底等工藝參數(shù)研究其對(duì)所制備電極材料形貌及電化學(xué)性能的影響，確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。在0.1A

3、g-1電流密度下，其放電比容量維持在838.9mAh g-1，在1000次循環(huán)中，其比容量會(huì)緩慢增加。
　　通過離子液體電沉積制備了石墨烯與鍺三維多孔電極，通過控制PS微球粒徑、沉積時(shí)間、退火溫度等工藝參數(shù)研究其對(duì)所制備電極形貌及電化學(xué)性能的影響，并確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。其電化學(xué)性能良好，在0.5A g-1電流密度下，循環(huán)100次，其比容量保留起始的40％以上；倍率增加至50倍時(shí)，比容量保留起始的40%以上，優(yōu)于鍺

4、膜電極和三維多孔鍺電極材料。
　　利用簡(jiǎn)單的一步退火工藝，制備了石墨烯與碳化鐵三維多孔復(fù)合電極材料，金屬鐵雖不具備儲(chǔ)鋰特性，但碳化鐵可促進(jìn)固體電解質(zhì)膜的形成與分解，并增大活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，從而提高電池性能。在1Ag-1電流密度下，其放電比容量維持在721.2mAh g-1左右，倍率增加至50倍時(shí)，比容量保留起始的50%，循環(huán)1000次，其比容量并未出現(xiàn)衰減，反而會(huì)緩慢增加。
　　本文通過微納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備的幾種石