论文部分内容阅读
石墨烯基复合材料的制备及性能研究一直是近年来大家关注的焦点。其中在储能材料方面,石墨烯基复合材料可以满足现代设备对能量转化快、效率高的需求,展现出了良好的发展前景。本论文主要采用石墨烯为改性元素,通过水热等方法制备出了金属化合物/石墨烯、金属硫化物/石墨烯、硫/石墨烯等多种复合材料。先后采用SEM、 XPS、XRD、BET等对这些复合材料的结构、形貌进行表征,并系统研究了这些复合材料作为锂二次电池电极材料的电化学性能。具体研究内容如下：1.以氧化石墨等为原料,采用一步水热法制备出了担载均匀的ZnO/石墨烯(ZnO/GN)复合材料,研究了ZnO/GN用作锂离子电池负极的电化学性能。在0.2 Ag-1下SEI膜稳定形成后,ZnO/GN的可逆放电比容量为849 mAh g-1;循环100周后,ZnO/GN的可逆放电容量仍然为547 mAh g-1,相对于单一ZnO容量提升35.4%。2.以氧化石墨等为原料,采用一步水热法合成出了担载均匀的MoS2/石墨烯(MoS2/GN)复合材料,研究了MoS2/GN用作锂离子电池负极的电化学性能。在0.1 Ag-1下SEI膜稳定形成后,MoS2/GN的可逆放电比容量为1260 mAh g-1;循环80周后,MoS2/GN的可逆放电容量仍然稳定在970 mAh g-1,相对于单一MoS2容量提升83.7%。3.以氧化石墨等为原料,采用一步水热法制备出了硫/石墨烯/碳纳米管(S/GN/CNT)气凝胶复合材料。这种气凝胶复合材料可直接压在集流体上用作锂硫电池正极材料,大大简化了极片制作工艺。在电流密度为0.2 C时,S/GN/CNT的首次可逆放电比容量为1070 mAh g-1;循环80周后, S/GN/CNT仍然有稳定的759 mAh g-1的可逆放电容量,相对于S/GN气凝胶材料容量提升了94.6%,展现了良好的电化学循环性能。4.以氧化石墨等为原料,采用水热法结合浸渍、热融法成功制备了三元石墨烯/Mn02/硫(GN/MnO2/S)复合材料。S和MnO2纳米粒子均匀的担载在了复合材料中的石墨烯片层上。当用作锂硫电池正极材料时,三元GN/MnO2/S材料展现了良好的电化学循环性能。在电流密度为0.2 C时,GN/MnO2/S的首次可逆放电比容量为1116 mAh g-1;循环100周后,GN/MnO2/S的可逆放电容量为825 mAh g-1,相对于二元GN/S和MnO2/S材料容量分别提升了24.5%和47.1%,相对于单一S容量提升了931.3%。5.以氧化石墨等为原料,采用水热法结合高温煅烧法制备了LiFePO4/石墨烯(LiFePO4/GN)复合材料。以LiFePO4/GN为正极,LiCH3COO和Zn(CH3COO)2的水溶液为电解液,Zn为负极构建了新型水系锂离子电池。电化学测试表明,LiFePO4/GN在水系锂离子电池中仍然可以展现出优异的储锂性能。在电流密度为5 C时,LiFePO4/GN的首次可逆放电比容量为81.0 mAh g-1;循环400周后,LiFePO4/GN的可逆放电容量仍然可以维持在62.8 mAhg-1,相对于单一的LiFePO4容量提升了57.5%。