石墨烯-二氧化鈦復(fù)合物的制備、修飾及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池能量密度大,工作電壓高,循環(huán)壽命長(zhǎng),在便攜式電子器件、電動(dòng)汽車(chē)、電力并網(wǎng)、航天等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。隨著能源危機(jī)和環(huán)境惡化,清潔能源的開(kāi)發(fā)和存儲(chǔ)成為材料學(xué)研究的熱點(diǎn),鋰離子電池的研究也越來(lái)越受到研究者的重視。現(xiàn)階段,鋰離子電池的容量和安全性還有待進(jìn)一步提高,而電極材料作為鋰離子電池的重要組成,對(duì)鋰離子電池的性能起著關(guān)鍵作用。因此,鋰離子電池電極材料的研究具有重要意義。
　　本論文通過(guò)水熱反應(yīng)、離子交換和熱處理制備了石墨

2、烯/二氧化鈦(B)納米卷繞物。石墨烯卷具有出色的導(dǎo)電性,有利于電荷的轉(zhuǎn)移;其表面眾多的納米孔能夠提供大量的嵌鋰位置,有利于鋰離子的嵌入;獨(dú)特的卷繞式結(jié)構(gòu)有利于維持復(fù)合物嵌鋰/脫鋰過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,防止活性物質(zhì)的剝落,還能夠限制二氧化鈦(B)表面羥基與電解液的副反應(yīng)。該復(fù)合物在0.1 C倍率下首次可逆比容量可達(dá)232 mAh g-1,庫(kù)倫效應(yīng)為85％。該復(fù)合物具有典型的贗反應(yīng)儲(chǔ)鋰特性,在10 C的高倍率下循環(huán)300次后,其比容量仍能保持在

3、153 mAh g-1,容量保持率高達(dá)94％,展示出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能。
　　本論文采用水浴法制備了分層狀MnO2納米片修飾的石墨烯/二氧化鈦(B)卷繞物。該復(fù)合物具有很高的比表面積,增大了其與電解液的接觸面積,有利于充分發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。超薄的分層狀MnO2納米片孔隙多,有利于溶劑化鋰離子的滲入,具有較高的電化學(xué)反應(yīng)活性。與MnO2納米片表面修飾前相比,該復(fù)合物的可逆比容量顯著提高,在250 mA g-1的電流密度下首次可逆容量可達(dá)2

4、91 mAh g-1,明顯高于石墨烯/二氧化鈦(B)(200 mAh g-1),循環(huán)150次后,其比容量仍可達(dá)243 mAh g-1,容量保持率可達(dá)83.5％。
　　本論文以石墨烯/二氧化鈦卷繞物為基體,通過(guò)水熱反應(yīng)原位負(fù)載了超小的二氧化錫納米顆粒,并采用熱處理進(jìn)行了表面碳包覆。石墨烯/二氧化鈦基體能有效緩解鋰離子嵌入/脫嵌過(guò)程中二氧化錫的體積膨脹和收縮,維持充放電過(guò)程中復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。表面包覆的無(wú)定形碳層在增強(qiáng)復(fù)合物導(dǎo)電性的