磷化銅、磷化銅-石墨烯復合材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、近年來，金屬磷化物作為鋰離子電池電極材料因其儲鋰容量大、極化電位低、循環(huán)壽命長受到了研究者極大的關注。特別是磷化銅，其體積容量是商用石墨烯的4倍，應用前景巨大。與其他金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料類似，金屬磷化物在嵌鋰/脫鋰過程很容易引起的自身體積膨脹，導致電池容量衰減。研究表明，一方面制備出特定形貌的、尺寸均一的電極材料可以提高材料的電學性能，另一方面，和高導電性、高熱穩(wěn)定的碳基材料復合也是行之有效的方法之一。
　　石墨烯因其

2、獨特的二維結(jié)構(gòu)，使其擁有優(yōu)異的電子傳導性、熱穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)柔性。雖然自身作為鋰電子負極材料有諸如較大的不可逆容量、電池容量衰減大、較低的庫侖效率等缺點，但作為復合物的基體材料，已被證明能夠極大的提高復合材料的循環(huán)性能。與金屬磷化物復合，石墨烯能夠為磷化物納米粒子提供穩(wěn)固的錨定點，石墨烯巨大的比表面積、優(yōu)良的電子傳導能力、結(jié)構(gòu)的柔性能夠阻礙納米粒子體積膨脹和團聚，同時，納米粒子能夠增加石墨烯片層間距，減少石墨烯片堆聚，從而提高其電化學性能。

3、所以，石墨烯與Cu3P納米粒子形成復合材料能夠協(xié)同的提高材料電化學性能。
　　本課題利用水熱/溶劑熱法，成功的合成了一些特殊形貌的 Cu3P納/微米材料和Cu3P/石墨烯復合材料，并通過對條件實驗和結(jié)果的分析，初步探索了它們的生長過程和材料的電化學性能。本課題主要進行了以下幾個方面的研究：
　?。?）用硫酸銅（CuSO4·5H2O）和白磷（P4）作為反應物，在EDTA-2Na和 PEG-10000的共同調(diào)控下，利用水熱法成功

4、地制備出形貌和尺寸均一磷化銅空心球。產(chǎn)品的物相、尺寸和形貌分析采用 X-射線衍射花樣（XRD）和場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）進行。測試結(jié)果表明，所得磷化銅具有良好的結(jié)晶度，為純的六方晶相，且形貌均一。最后，Cu3P空心球作為鋰離子電池的負極材料，其電化學性能測試結(jié)果表明初始放電容量達到了947.4 mA·h/g，循環(huán)10次后，仍能維持224 mA·h/g。這種較高的放電容量可能與納米晶的尺寸和空心結(jié)構(gòu)有關。
　?。?）采用

5、DMF作為溶劑、以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為表面活性劑，利用溶劑熱法成功地制備出Cu3P納米管。產(chǎn)品的物相、尺寸和形貌利用XRD、EDS、FE-SEM和TEM進行了表征。測試結(jié)果表明，所得產(chǎn)品具有純的六方相結(jié)構(gòu)，并且具有良好的結(jié)晶度，產(chǎn)品的形貌為均一的納米管。十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）對 Cu3P納米管形貌的形成發(fā)揮了關鍵的輔助作用。最后，通過一系列的條件實驗，得出合成的最佳溫度和時間分別為180℃和16 h。同時，對所

6、得產(chǎn)品生長機理也做了初步的探討。對納米管的充放電測試結(jié)果表明其初始放電比容量高達1078 mA·h/g，并且20圈后仍能維持600 mA h/g以上。
　?。?）在CTAB的輔助下，使用簡單的溶劑熱法制備出磷化銅/石墨烯復合材料，通過XRD、EDS、FE-SEM、TEM等表征手段得出，制備的Cu3P為結(jié)晶度高的六方晶相結(jié)構(gòu)，其形貌為粒徑約80~120 nm的六邊形。對復合材料的電學性能測試結(jié)果表明其初始放電容量高達1244.69