金屬氧化物-石墨烯復(fù)合材料的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能、大的比表面積以及良好的電導(dǎo)性，是鋰離子二次電池很好的負(fù)極材料及復(fù)合材料的負(fù)載基體。近年來，由于其高比容量，金屬氧化物已被廣泛研究用于鋰離子電池負(fù)極材料。但是金屬氧化物在充放電過程中的劇烈體積變化，導(dǎo)致活性材料團(tuán)聚和從集流體剝離，破壞電極結(jié)構(gòu)，從而使其容量快速衰減，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。將金屬氧化物與導(dǎo)電性良好的石墨烯復(fù)合，發(fā)揮石墨烯對(duì)電極結(jié)構(gòu)破壞的延緩作用和氧化物容量高的優(yōu)勢(shì)，是解決上述問題的有

2、效方法之一。
　　本文制備了石墨烯與二氧化錫納米顆粒、四氧化三鐵納米球和四氧化三鈷球三種金屬氧化物的復(fù)合材料，通過石墨烯與金屬氧化物的復(fù)合，金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極的循環(huán)性能獲得了明顯改善。本文研究的主要內(nèi)容有:
　　1.以錫酸鉀為錫源、乙醇溶液為溶劑，尿素為添加劑，采用水熱合成法，制備了SnO2納米顆粒。采用氨丙基三甲氧基硅烷（APS）對(duì)SnO2納米顆粒進(jìn)行表面改性，與帶負(fù)電的氧化石墨靜電組裝，實(shí)現(xiàn)氧化石墨對(duì)SnO2納

3、米顆粒的牢固負(fù)載；水合肼還原氧化石墨后，獲得石墨烯負(fù)載 SnO2納米顆粒復(fù)合材料（GE-SnO2）。循環(huán)伏安、恒流充放電等電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，與純SnO2相比，GE-SnO2復(fù)合材料具有更好的性能。在156 mA/g的電流密度下，首次放電比容量為2399 mAh/g；30次充放電循環(huán)后的放電比容量為852 mAh/g；在395 mA/g和780 mA/g的電流密度下，30次充放電循環(huán)后的放電比容量仍有603 mAh/g和521 mAh/

4、g。
　　2.以六水合氯化鐵為鐵源、乙二醇溶液為溶劑，水熱合成了Fe3O4空心納米球。APS修飾后的Fe3O4與氧化石墨因靜電吸引，發(fā)生自組裝；水合肼還原氧化石墨后，制得石墨烯包覆Fe3O4納米球復(fù)合材料（GE-Fe3O4）。SEM測(cè)試結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4球體的粒度分布在300-400nm的范圍內(nèi)，表面由許多直徑大約為30nm的納米顆粒組成。相對(duì)于Fe3O4納米球，GE-Fe3O4復(fù)合材料的首次放電容量、可逆容量和循環(huán)性能均有明顯

5、提高。電流密度為277.8 mA/g時(shí)，充放電循環(huán)50次后，放電容量從1301.5 mAh/g降到440.9 mAh/g；電流密度為463 mA/g時(shí)，放電容量從開始的854.1 mAh/g降到306.6 mAh/g。
　　3.以乙酸鈷為鈷源，采用水熱-熱分解方法制備了Co3O4微米球。通過基于靜電引力的自組裝機(jī)制，實(shí)現(xiàn)氧化石墨對(duì)Co3O4球的包覆；水合肼還原氧化石墨后，獲得石墨烯包覆Co3O4微米球復(fù)合材料（GE-Co3O4）。