三維多孔石墨烯基復合材料的制備及儲鋰性能研究.pdf

1、隨著電動汽車、大規模儲能裝置逐漸興起，對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出更高的要求。但目前石墨作為鋰電池商用負極材料，其理論比容量僅有372mAh g-1，極大限制了鋰電池整體的能量密度和功率密度。石墨烯具有單層原子的厚度、柔韌的二維結構，近年來，因其獨特的物理、化學性質成為全世界研究的熱門材料。硅、鍺、錫等四族金屬材料擁有較高的比容量，被認為是極具發展前景的負極材料，但作為負極材料時會產生巨大體積膨脹，導致活性物質開裂與粉化。為解決

2、這一問題，使用石墨烯基材料與容量較高的金屬材料原位復合，利用石墨烯優異的機械性能抑制金屬電極材料體積膨脹及提高其導電性，最終可以獲得高比容量、長循環壽命的復合電極材料。
　　本文使用氯化亞錫作為錫源，聚苯乙烯微球作為碳源，利用碳熱還原反應，在退火處理后得到石墨烯與錫三維多孔復合電極材料。通過控制退火溫度、聚苯乙烯微球粒徑、基底等工藝參數研究其對所制備電極材料形貌及電化學性能的影響，確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。在0.1A

3、g-1電流密度下，其放電比容量維持在838.9mAh g-1，在1000次循環中，其比容量會緩慢增加。
　　通過離子液體電沉積制備了石墨烯與鍺三維多孔電極，通過控制PS微球粒徑、沉積時間、退火溫度等工藝參數研究其對所制備電極形貌及電化學性能的影響，并確定了獲得最佳性能電極材料的工藝條件。其電化學性能良好，在0.5A g-1電流密度下，循環100次，其比容量保留起始的40％以上；倍率增加至50倍時，比容量保留起始的40%以上，優于鍺

4、膜電極和三維多孔鍺電極材料。
　　利用簡單的一步退火工藝，制備了石墨烯與碳化鐵三維多孔復合電極材料，金屬鐵雖不具備儲鋰特性，但碳化鐵可促進固體電解質膜的形成與分解，并增大活性物質與電解液的接觸面積，從而提高電池性能。在1Ag-1電流密度下，其放電比容量維持在721.2mAh g-1左右，倍率增加至50倍時，比容量保留起始的50%，循環1000次，其比容量并未出現衰減，反而會緩慢增加。
　　本文通過微納米結構設計，制備的幾種石