基于石墨烯改性的鋰(鈉)離子電池負(fù)極材料與正極材料的研究.pdf

1、石墨烯是一種碳原子以sp2雜化軌道呈蜂巢晶格排列構(gòu)成的單層二維材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)性能，是與電化學(xué)活性物質(zhì)復(fù)合的理想基體，在鋰（鈉）離子電池電極材料上具有良好的應(yīng)用前景。
　　本文通過(guò)水（溶劑）熱法，制備石墨烯基負(fù)極、正極復(fù)合材料，詳細(xì)研究了石墨烯的引入對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系，并探索了石墨烯在改善正、負(fù)極材料儲(chǔ)鋰（鈉）性能上的作用機(jī)理。
　　電極材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有很大

2、影響，利用石墨烯(G)可以獲得具有特殊微觀形貌的電極材料。本文采用一步水熱法制備了超薄NiS/G二維復(fù)合材料，并詳細(xì)分析了其生長(zhǎng)機(jī)理。相對(duì)于單純NiS展現(xiàn)出的由納米棒團(tuán)聚而成的納米花形結(jié)構(gòu)，NiS/G復(fù)合材料展現(xiàn)出獨(dú)特的片-片復(fù)合二維層狀結(jié)構(gòu)，NiS片層厚度小于5 nm，石墨烯層數(shù)小于8層。研究發(fā)現(xiàn)，在水熱反應(yīng)過(guò)程中，石墨烯表面的含氧殘基與NiS納米棒表面的含硫殘基形成新的共價(jià)鍵，將NiS納米棒逐步剝離成納米片，形成新型超薄二維復(fù)合材料

3、。
　　本文研究了NiS/G復(fù)合物作為負(fù)極材料在鋰離子及鈉離子電池上的應(yīng)用。研究表明，在儲(chǔ)鋰方面，NiS/G復(fù)合物在50 mA/g充放電流密度下，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)依然保持481 mAh/g的可逆容量，高達(dá)其理論容量（約500 mAh/g）的96.2％;而單純NiS在10次循環(huán)后容量迅速衰減為140 mAh/g。在儲(chǔ)鈉方面，NiS/G復(fù)合物在400 mA/g的充電流密度下經(jīng)過(guò)10次循環(huán)后，容量保持在150 mAh/g以上，而單純Ni

4、S則不到80 mAh/g。在負(fù)極復(fù)合材料中，石墨烯不僅可以緩沖充放電過(guò)程中的體積效應(yīng)，還能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)提升導(dǎo)電性，并且在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過(guò)程中保持材料良好的分散性，從而顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。
　　本文采用溶劑熱法合成了LiFePO4/G復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，LiFePO4顆粒均勻地鑲嵌在石墨烯片層上，尺寸在100 nm以下。在5C電流密度下，LiFePO4/G復(fù)合材料的可逆容量高達(dá)105 mAh/g，而單純LiFePO4僅有