鋰電負極石墨烯基復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其循環(huán)性能好、能量密度高、無記憶效應、自放電小、環(huán)境友好等特優(yōu)點而廣泛應用到手機、汽車、家電等不同領域,受到了廣泛的關注。目前,商業(yè)用的鋰電負極材料主要是石墨類碳,該類材料理論比容量低,無法滿足電子器件的發(fā)展需求,而理論容量較高的非金屬/金屬及其氧化物材料循環(huán)穩(wěn)定性較差。鑒于此,我們引入了一種新型的碳材料——石墨烯來改進材料的電化學性能。
　　本文結合了石墨烯和SnO2、Si材料的特性,制備了一系列石墨烯基復合材料,包

2、括不同形貌的SnO2/石墨烯復合材料和Si@SiOx/石墨烯復合材料,分別通過XRD、TGA、Raman、SEM、TEM、XPS等對材料的形貌和結構進行了表征,運用充放電以及倍率性能測試對其電化學性能進行了評估。論文取得如下主要結果。
　　1.采用水熱輔助超聲法成功制備了SnO2納米棒/石墨烯復合材料。復合材料在200 mA g-1電流密度下,100次充放電后可逆容量保持在1107 mA h g-1,是初始容量的96.2％。此外還

3、研究了以高分子材料作為模板,通過制備不同形貌的Sn與氧化石墨烯復合的方式得到了SnO2/石墨烯材料。研究表明顆粒狀和棒狀的SnO2復合材料均具有較好的鋰電性能,尤其是 SnO2納米顆粒/石墨烯復合物,不僅具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(100次循環(huán)容量為879mA h g-1),即使在1000mA g-1大電流密度下充放電到300圈,電池比容量仍然保持在400mA h g-1。復合材料突出的鋰電性能可能歸因于獨特的結構以及SnO2和石墨烯材料的協(xié)

4、同效應,提供良好的電子傳輸通道,進一步提升其電化學性能。
　　2.通過一步球磨法制備了Si@SiOx/石墨烯復合材料。研究結果表明可以通過球磨法將相對較厚的膨脹石墨層剝離為較薄的多層結構,進而將膨脹石墨轉變?yōu)槭┘{米片。復合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能,在200 mA g-1電流密度下循環(huán)50次之后,電池比容量保持在1055 mA h g-1。較好的性能可歸因于球磨過程中硅尺寸的減小,硅表面的SiOx薄膜的形成以及石墨烯的鋰電穩(wěn)定性