对于负极锂离子电池负极材料碳包覆石墨烯制备及其电化学性能

论文导读：
摘要：自2004年安德烈K海姆(Andre K.Geim)等发现了单层石墨烯从来，它在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能，使之成为近年来新能源领域的探讨热点。石墨烯从其良好的导电性和较高的电子迁移率，低的热膨胀系数从及大的比表面积等而被认为是理想的电极材料。但是，单一的石墨烯材料用作电极材料，受到诸多因素的限制，如石墨烯比表面过大(论述值2630m~2g~(-1))，片层之间容易团聚，大大提升了不可逆容量损失(较低的首次库仑效率(73%))并降低了其作为电极材料电导率，以而给电极制片工艺带来不良影响。特别是单一的石墨烯电极材料在大倍率充放电时，容量衰减太快。碳包覆石墨烯复合物使用复合材料的协同效应克服单一材料的缺陷并发挥二者的优势。目前，碳前驱物例如聚吡咯、聚苯胺等含氮聚合物已经广泛被用于制备功能化氮的碳材料，功能化氮碳材料也成为复合碳源的探讨热点之一。本文通过大量的文献资料调研，紧跟该领域的国际探讨前沿，体系考察和比较了不同合成条件对碳包覆石墨烯复合材料和石墨烯的影响，并且使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等技术对材料进行结构表征，用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学技术对材料进行测试，主要开展了从下几个方面的探讨并得到如下结论：1.采取改善的Hummers法制备了氧化石墨，考察了不同的还原办法对制备石墨烯的影响，得出在300°C条件下Ar-H2(8%)混合气热还原的石墨烯还原程度高，Ar-H2(8%)热还原的石墨烯的比表面为308m~2g~(-1)。CMC+SBR水系粘结剂系统首次充电效率提高至60.5%，这对于负极材料制片工艺更有利。石墨烯负极材料在电流密度为50mA g~(-1)时，可逆容量保持在600–700mA h g~(-1)；在1.6A g~(-1)时，可逆容量降至100mA h g~(-1)从下，说明石墨烯作为电池负极材料在大倍率下衰减的特别快。2.碳包覆石墨烯是从聚苯胺-氧化石墨烯复合材料为前驱体，置于管式加热炉在流动的Ar-H2(8%)混合还原气氛下加热进行高温热还原和碳化反应，反应温度在700°C从上时碳包覆石墨烯碳化完全。其中反应温度为800°C时制得的碳包覆石墨烯(PANI-GO-800)复合材料在电流密度为25mAg~(-1)时，可逆容量维持在461mAh g~(-1)，在50mAg~(-1)时维持在407mAh g~(-1)，在1.6Ag~(-1)维持在178mAh g~(-1)。结果说明纳米碳包覆层有利于提升负极材料的循环和倍率性能。3.考察了不同的碳包覆量对碳包覆石墨烯复合材料的影响，当氧化石墨和苯胺单体的质量比分别为1:1，1:1.5，和1:2时，通过TGA测试结果计算出碳包覆石墨烯中碳包覆量分别为16.88%，28.36%，和51.76%；随着碳包覆量的增多，碳包覆石墨烯表面的缺陷和无序程度增多。碳包覆石墨烯的可逆容量在电流密度100mA g~(-1)到1.6A g~(-1)时高于石墨烯，电流密度为1.6A g~(-1)时可达188mA h g~(-1)，而此时石墨烯的可逆容量仅为85mAh g~(-1)。在电流密度为1.6Ag~(-1)时55°C下500次循环后，石墨烯的可逆容量维持在126.1mA h g1，碳包覆石墨烯的可逆容量维持在224.5mA h g1。与石墨烯相比，碳包覆石墨烯在大倍率条件下显示出优异的倍率性能，说明碳包覆层有助于增强石墨烯纳米片层之间的纵向电子传导能力。关键词：锂离子电池论文负极论文石墨烯论文碳包覆论文聚苯胺论文
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Abstract6-12
第1章 绪论12-35

1.1 前言12-13

1.2 锂离子电池的工作原理13-14

1.3 石墨烯在锂离子电池中的运用探讨发展14-26

1.3.1 石墨烯的结构特性14-15

1.3.2 石墨烯的制备15-17

1.3.3 石墨烯材料在锂离子电池中的运用17-26

1.4 本文的主要探讨目的和内容26-27

1.5 本文的创新之处27-28

参考文献28-35
第2章论文导读：及申请专利84-85致谢85-86上一页12
实验药品与办法及原理35-41

2.1 实验主要药品35-36

2.2 实验设备36

2.3 表征办法36-40

2.3.1 形貌及结构表征36-38

2.3.2 电化学性能测试38-40

参考文献40-41
第3章 石墨烯的制备极为电化学性能的探讨41-53

3.1 实验部分41-42

3.

1.1 石墨烯的制备41-42

3.2 石墨烯的结构与形貌的表征42-46
3.

2.1 氧化石墨的 SEM 图42

3.

2.2 氧化石墨及不同的还原办法获得的石墨烯的 XRD 图42-43

3.

2.3 氧化石墨及不同的还原办法获得的石墨烯的 BET 测试43-44

3.

2.4 Ar-H2(8%)混合气热还原的石墨烯不同倍率下的 SEM 图44-45

3.

2.5 Ar-H2(8%)混合气热还原的石墨烯的 TEM 图45

3.

2.6 Ar-H2(8%)混合气热还原的石墨烯的 Raman 图45-46

3.3 石墨烯的电化学性能探讨46-50

3.1 恒流充放电性能测试46-48

3.2 循环伏安测试48-49

3.3 交流阻抗测试49-50

3.4 本章小结50-51

参考文献51-53
第4章 不同温度下制备的碳包覆石墨烯极为电化学性能的探讨53-64

4.1 实验部分53

4.2 碳包覆石墨烯的结构与形貌的表征53-59

4.

2.1 碳包覆石墨烯的 SEM 图53-55

4.

2.2 在不同温度下制得的碳包覆石墨烯的 XRD 图55-56

4.

2.3 碳包覆石墨烯的 Raman 图56

4.

2.4 碳包覆石墨烯的 XPS 图56-57

4.

2.5 碳包覆石墨烯的 TGA 测试57-59

4.3 碳包覆石墨烯的电化学性能测试59-61

4.

3.1 恒流充放电性能测试59-61

4 本章小结61 参考文献61-64
第5章 碳包覆石墨烯的不同碳含量下的制备极为电化学性能的探讨64-82

5.1 实验部分64-65

5.2 碳包覆石墨烯的结构与形貌的表征65-71

5.

2.1 碳包覆石墨烯的 SEM 图65

5.

2.2 碳包覆石墨烯的 TEM 图65-66

5.

2.3 不同碳含量的碳包覆石墨烯的 XRD 图66-67

5.

2.4 不同碳含量的碳包覆石墨烯的 Raman 图67

5.

2.5 碳包覆石墨烯的典型的 XPS 图67-68

5.

2.6 碳包覆石墨烯的典型的氮气等温吸附曲线及孔径分布图68-70

5.

2.7 碳包覆石墨烯的 TGA 测试70-71

5.3 碳包覆石墨烯的电化学性能测试71-77
5.

3.1 恒流充放电性能测试71-72

5.

3.2 循环伏安测试72-73

5.

3.3 循环和倍率性能测试73-75

5.

3.4 交流阻抗测试75-77

5.4 本章小结77-78
参考文献78-82
第6章 结论与展望82-84

6.1 论文小结82-83

6.2 有着不足与前景展望83-84

硕士期间发表、待发表文章及申请专利84-85
致谢85-86