基于石墨烯納米片改性的鈉離子電池負極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池由于高電壓、高能量密度，以及循環(huán)穩(wěn)定性等特點，被認為是優(yōu)異的儲能系統(tǒng)。然而，鋰資源在地殼中的儲量十分有限，這成為制約大規(guī)模儲能系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。而鈉資源儲量豐富、成本低廉，又具有與鋰元素相似的物理、化學(xué)特性及儲能機制，被視為有望替代鋰離子電池的下一代電池。但是，由于鈉的相對原子質(zhì)量和離子半徑較大，使鈉離子在材料中嵌入脫出更難。因此，研究高性能的儲鈉電極材料具有重要意義。
　　本論文旨在制備高性能的鈉離子電池負極材料，改善材

2、料的容量、循環(huán)性能、倍率性能，使其具有一定的應(yīng)用價值。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　一，采用溶膠凝膠法制備摻氮功能石墨烯納米片，通過改變燒結(jié)溫度，獲得合適氮含量且形貌優(yōu)異的石墨烯納米片(750℃)，該方法大大簡化了石墨烯的制備過程。750℃下的樣品在0.1 Ag-1下能夠提供225 mA h g-1的可逆容量;在1 Ag-1下循環(huán)2000周，還有約150 mA h g-1的可逆容量;不足之處在于比容量較低，由于二維材料易于團

3、聚堆疊的特性，限制了比表面積的發(fā)揮，使石墨烯在儲能過程中性能遠不及理論計算。
　　二，(1)為了抑制石墨烯納米片的堆疊，提高摻氮功能石墨烯納米片的容量，通過改進的溶膠凝膠法，使硫化鈷顆粒(Co1-xS)原位生長在功能石墨烯納米片(FGNs)上，獲得Co1-xS/FGNs納米復(fù)合材料。容量遠大于摻氮功能石墨烯納米片(466mAh g-1在100 mA g-1，211 mAh g-1在10Ag-1);并且具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，在1Ag

4、-1下循環(huán)200周后，還保留了251 mA h g-1的容量。(2)通過對比Co1-xS/FGNs與Co1-xS和FGNs在電化學(xué)性能上的差異，以突出Co1-xS/FGNs在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的優(yōu)勢。如FGNs在0.1 Ag-1下只有275 mA h g-1的比容量，Co1-xS在1 Ag-1下循環(huán)130周后，容量已降至約50 mA h g-1。因此，Co1-xS/FGNs的優(yōu)勢可以歸因于FGNs的納米薄片和Co1-xS的小顆?？s小了鈉離子的擴