石墨烯基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池，也就是我們通常所說的蓄電池，因其本身具有較高的輸出電壓、較高的能量密度、較高的安全性能、較好的循環(huán)性能、較小的自放電率、較高的充放電效率、無環(huán)境污染等諸多優(yōu)點，成為新能源領(lǐng)域新一代的領(lǐng)導(dǎo)者，使得很多電子產(chǎn)品越來越輕便化、小型化。因此開發(fā)具有低生產(chǎn)成本、高安全性能、高物化性能的鋰離子電池則成為當(dāng)務(wù)之急。鋰離子電池通常是由兩種不同的電極材料、電解液、隔膜和電池殼等組成，而負(fù)極材料作為重要組成部分，對其電化學(xué)性能有著非常重要的影響

2、，因此負(fù)極材料的儲鋰性能是鋰離子電池性能好壞的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)之一。
　　石墨烯是碳負(fù)極材料的后起之秀，是純粹的具有二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的單層碳原子，它具有較高的內(nèi)在載流子遷移率(200000 cm2V-1s-1)、優(yōu)良的熱傳導(dǎo)率(5000Wm-1K-1)、非常高的光透過率(～97.7％)、較高的理論比表面積(2630 m2g-1)和優(yōu)異的機(jī)械性能。具有這些獨特物化性質(zhì)的石墨烯滿足替代商業(yè)化的石墨負(fù)極成為鋰離子電池負(fù)極材料的條件，然而純石墨烯

3、的能量密度無法滿足人們最初對它的預(yù)期，使得石墨烯應(yīng)用受到了很大的阻礙。
　　而在其他眾多的負(fù)極材料中，硅因自身擁有很高的理論比容量4200mAh/g，豐富的自然儲量，較低的操作電壓，較低的成本，成為最有前途的負(fù)極材料。但是在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子反復(fù)在硅納米顆粒中的嵌入和脫出使得硅納米顆粒出現(xiàn)劇烈的體積膨脹和收縮，結(jié)果導(dǎo)致硅納米顆粒的粉碎，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池結(jié)構(gòu)的破壞，最終造成鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性很差，壽命大大縮短。<

4、br>　　本論文采用氧化還原和水浴自組裝的方法制備了氧化石墨烯、還原氧化石墨烯氣凝膠以及還原氧化石墨烯氣凝膠/硅納米顆粒復(fù)合材料，進(jìn)行表征并研究了其電化學(xué)性能。工作具體如下:
　　1、采用改良的Hummers法制備高純度的薄層甚至單層的氧化石墨烯水分散液，而后以還原劑抗壞血酸水浴自組裝還原制備三維多孔疏松的還原氧化石墨烯氣凝膠，通過SEM、TEM、AFM、Raman、XPS、FTIR等測試手段對所這兩種材料進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)的表征，并

5、將后者裝配成紐扣半電池進(jìn)行電化學(xué)性能的測試。結(jié)果顯示，三維多孔疏松獨巨石結(jié)構(gòu)的的還原氧化石墨烯氣凝膠作鋰離子電池負(fù)極時具有良好的電化學(xué)性能。
　　2、采用機(jī)械超聲混合法把制備好的氧化石墨烯分散液和硅納米顆粒及改性后的硅納米顆?；旌?，以抗壞血酸為還原劑水浴自組裝還原制備還原氧化石墨烯/硅納米顆粒氣凝膠、還原氧化石墨烯/改性硅納米顆粒氣凝膠，并對二者的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，然后裝配成扣式半電池進(jìn)行復(fù)合材料電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示，改性后