新型石墨烯%2f纳米硅复合负极材料储锂性能的研究

《新型石墨烯%2f纳米硅复合负极材料储锂性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

2、以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要当今社会是个能源的社会，新型能源的开发与利用备受关注，锂离子电池作为二次可充电的化学电源具有优异的性能，如：高能量、低消耗、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池负极材料储锂性能的研究是提高锂离子电池性能的重要途径。硅与锂形成Li22Si5合金化合物的理论容量达到4212mAh/g，是目前所研究各种合金中理论容量最高的，但是在脱嵌锂过程中硅的体积膨胀导致电极粉化，电池的循环稳定性差。2石墨烯具有优良的电传导性、较

3、高的比表面积(2600m/g)、优异的热学性能和机械性能等优势，使得其有可能代替石墨成为新型的锂离子电池负极材料，但单纯的石墨烯理论容量仍不够高，这限制了它的应用。本文主要研究了新型石墨烯/纳米硅复合负极材料的储锂性能，提出了一种通过共价连接提高石墨烯复合材料循环性能的方法，具体工作分为以下四个方面。1.第一部分采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯，然后通过高温热还原制备石墨稀，并采用SEM、STM、AFM、XRD、Raman、FTIR等多种手段对制备的材料进行结构和形貌的表征，这两种材料的成功制备为后续工作提供了原材料。2.第二部分采用机械超声混合法把第一部分制备的氧化石墨烯和预处理的

4、纳米硅机械超声混合，过滤成膜后直接剪成电极片形状进行热还原，制备石墨烯/纳米硅复合材料电极片，并对复合材料进行结构和形貌上的表征，然后装配电池进行电化学性能测试。研究表明，石墨烯/纳米硅复合材料的循环稳定性较原始的石墨烯、原始纳米硅都有很大的提高，循环100次后容量维持在325mAh/g。3.第三部分利用酯化反应，把氧化石墨烯与苯二硼酸共价连接起来，增大氧化石墨烯片层的间距，并与纳米硅机械超声混合后热还原制备石墨烯/纳米硅/苯二硼酸复合负极材料，通过SEM、STM、AFM、XRD、Raman、FTIR等多种手段对复合材料进行了表征，装配电池后测试电化学性能。结果显示，新型的复合负极材料装备的

5、电池在循环100次后容量维持在410mAh/g，比石墨烯/纳米硅复合材料的循环性能更好，显著地提高了锂离子电池的容量和循环稳定性。4.第四部分采用三聚氰胺作为N源，通过化学气相沉积制备新型N掺杂的石墨烯，利用多种表征手段对材料进行结构和形貌的表征，并对比研究了原始石墨烯和N掺杂石墨烯负极材料的储锂性能。研究表明，N掺杂的石墨烯负极材料I首次容量为828mAh/g，循环50次后容量维持在292mAh/g，循环后充电保持率保持在70%，明显优于原始石墨烯。关键词：锂离子电池；负极材料；新型石墨烯；纳米硅；苯二硼酸；酯化反应；N掺杂IIAbstractTheeconomyoftoday'ssoci

6、etysolelydependsonenergysources;thedevelopmentandutilizationofNew-typeenergysourcesareseriouslyconcerned.Assecondgenerationrechargeablechemicalpowersourcelithiumionbatteryhasit’sownSuperiorperformance,forexample:highenergydensity,lowconsumption,nomemoryeffectandlowself-discharge,lowinternalimpedanc

7、e,highcostperformance,lowpollutionandsoon.Findingnewmaterialswithhighchargecapacityandcyclingstabilityisthefocusofthestudyofthelithiumionbatteryanodesmaterial.The-1theoreticalcapacityofLi22Si5isupto4212mAhg