石墨烯-錫基復合材料的制備及其電化學儲鋰性能研究.pdf

1、石墨由于性能穩(wěn)定、循環(huán)壽命長被認為是優(yōu)秀的負極材料之一，但它安全性不佳、理論比容量較低且高倍率儲鋰性能較差。錫基材料由于具有安全性高、質量及體積比容量高、毒性較低等優(yōu)點被認為是很有前景的石墨替代材料，但錫基材料在充放電過程中巨大的體積變化造成容量迅速衰減，限制了其應用。本文通過加入石墨烯制備 SnS-石墨烯復合材料，提高錫基材料的低倍率循環(huán)性能，并對其進行水熱處理制備SnO2-石墨烯基復合材料，提高材料循環(huán)性能和倍率性能。進一步制備Sn

2、-石墨烯基復合材料，提高材料的充放電性能和首次庫倫效率，并探討其可能的作用機制。
　　采用修飾的Hummers法制備了氧化石墨烯，并通過還原處理制得石墨烯。所制備的石墨烯具有良好的多孔結構，使其成為制備石墨烯-錫基復合材料的優(yōu)良模板。采用溶劑熱法制備出 SnS納米顆粒及 SnS納米棒，具有一維納米棒結構的SnS納米棒相對SnS納米顆粒具有更好的儲鋰性能。聯(lián)合沉淀-溶劑熱法制備出SnS納米棒-石墨烯及SnS顆粒-石墨烯納米復合物，并

3、比較了石墨烯含量對SnS顆粒-石墨烯儲鋰性能的影響。實驗結果表明在較低的充放電倍率下，石墨烯含量為15％的SnS顆粒-石墨烯具有較高的比容量和循環(huán)性能，該復合材料的儲鋰性能優(yōu)于單純的SnS電極和單純的石墨烯電極。分別利用氮氣吸脫附技術、電化學交流阻抗及透射電鏡對制備的SnS顆粒-石墨烯納米復合物的儲鋰機制進行研究。并利用SnS和SnS-GNS與電解質溶液的作用機制以及電子的轉移機制示意圖解釋了其增強SnS儲鋰性能的作用機制。
　　

4、采用更加簡單、經濟的均勻沉淀法制備了SnS-熱處理石墨烯復合材料，研究其儲鋰性能，制備出電化學儲鋰性能較好的SnS-熱處理石墨烯前軀體。以高倍率儲鋰性能較好的SnS-熱處理石墨烯為前軀體，制備了SnO2-石墨烯，該復合材料在500mA g-1電流下充放電循環(huán)100次后的可逆容量為597 mAhg-1。為了抑制 SnO2-石墨烯表面 SnO2的體積膨脹，采用一個簡單的低溫水熱法制備出硫包覆 SnO2-石墨烯復合材料，該復合材料的儲鋰性能優(yōu)

5、于單純的SnO2電極、單純的石墨烯電極和SnO2-石墨烯復合材料。在500 mA g-1電流下充放電循環(huán)200次后該復合材料的可逆容量為815 mAhg-1。倍率性能測試表明其具有優(yōu)異的大電流性能，在4000 mA g-1電流下可逆容量仍有580 mAhg-1。分別利用循環(huán)伏安測試和電化學交流阻技術對低溫水熱法制備的硫包覆SnO2-石墨烯復合材料的儲鋰機制進行研究，并利用石墨烯和S對錫基復合材料作用機制示意圖解釋了其增強的電化學儲鋰性能

6、的機制。
　　為了進一步提高石墨烯-錫基復合材料的首次庫倫效率，采用低溫沉淀法制備了Sn-石墨烯復合材料，研究了其儲鋰性能，該復合材料在500 mA g-1電流下充放電循環(huán)的首次庫倫效率為70.3%，較石墨烯-錫的硫化物及氧化物復合材料均有所提高，60次充放電循環(huán)后的可逆容量為430 mAhg-1。采用電泳沉積制備了三維 Sn-石墨烯復合材料，進一步提高了Sn-石墨烯基材料的可逆容量，該復合材料在500 mA g-1電流下充放電循