新型石墨烯-納米硅復(fù)合負(fù)極材料儲鋰性能的研究.pdf

1、當(dāng)今社會是個能源的社會,新型能源的開發(fā)與利用備受關(guān)注,鋰離子電池作為二次可充電的化學(xué)電源具有優(yōu)異的性能,如:高能量、低消耗、無記憶效應(yīng)以及自放電小、內(nèi)阻小、性價比高、污染少等優(yōu)點(diǎn),鋰離子電池負(fù)極材料儲鋰性能的研究是提高鋰離子電池性能的重要途徑。硅與鋰形成Li22Si5合金化合物的理論容量達(dá)到4212 mAh/g,是目前所研究各種合金中理論容量最高的,但是在脫嵌鋰過程中硅的體積膨脹導(dǎo)致電極粉化,電池的循環(huán)穩(wěn)定性差。石墨烯具有優(yōu)良的電傳導(dǎo)性

2、、較高的比表面積(2600 m2/g)、優(yōu)異的熱學(xué)性能和機(jī)械性能等優(yōu)勢,使得其有可能代替石墨成為新型的鋰離子電池負(fù)極材料,但單純的石墨烯理論容量仍不夠高,這限制了它的應(yīng)用。本文主要研究了新型石墨烯/納米硅復(fù)合負(fù)極材料的儲鋰性能,提出了一種通過共價連接提高石墨烯復(fù)合材料循環(huán)性能的方法,具體工作分為以下四個方面。
　　1.第一部分采用改良的Hummers法制備氧化石墨烯,然后通過高溫?zé)徇€原制備石墨稀,并采用SEM、STM、AFM、XR

3、D、Raman、FTIR等多種手段對制備的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌的表征,這兩種材料的成功制備為后續(xù)工作提供了原材料。
　　2.第二部分采用機(jī)械超聲混合法把第一部分制備的氧化石墨烯和預(yù)處理的納米硅機(jī)械超聲混合,過濾成膜后直接剪成電極片形狀進(jìn)行熱還原,制備石墨烯/納米硅復(fù)合材料電極片,并對復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌上的表征,然后裝配電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試。研究表明,石墨烯/納米硅復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性較原始的石墨烯、原始納米硅都有很大的提高,循

4、環(huán)100次后容量維持在325 mAh/g。
　　3.第三部分利用酯化反應(yīng),把氧化石墨烯與苯二硼酸共價連接起來,增大氧化石墨烯片層的間距,并與納米硅機(jī)械超聲混合后熱還原制備石墨烯/納米硅/苯二硼酸復(fù)合負(fù)極材料,通過SEM、STM、AFM、XRD、Raman、FTIR等多種手段對復(fù)合材料進(jìn)行了表征,裝配電池后測試電化學(xué)性能。結(jié)果顯示,新型的復(fù)合負(fù)極材料裝備的電池在循環(huán)100次后容量維持在410 mAh/g,比石墨烯/納米硅復(fù)合材料的循