金属氧化物/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其应用研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:A312685521
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近几年整个锂电产业链将进入新的发展阶段,锂电产业的不断发展不仅可以解决能源短缺和环境污染,而且促进人类科技的进步和发展。为了实现这个目标,本文采用了水热法制备复合材料,得到了二元Fe3O4-石墨烯和SnO2-石墨烯复合材料,以及三元SnO2-Fe3O4-石墨烯复合材料。采用XRD、SEM等表征技术分析了复合材料的样貌及其结构特征,并对复合样品制备的电池进行恒流充放电测试,交流阻抗等电化学测试,探究了不同种类(Fe3O4、SnO2、SnO2-Fe3O4)以及不同比例金属氧化物掺杂对负极材料结构和电学性能的影响。首先,对制备的复合材料进行XRD分析表明,金属氧化物(Fe3O4、SnO2、SnO2-Fe3O4)和石墨烯都成功制得,并且完美的复合在一起,无明显的杂质峰的存在,表明制备的复合样品纯度较高。SEM样貌分析表明,氧化还原法制备的氧化石墨,在高温下膨化还原得到的石墨烯呈片层结构,金属氧化物Fe3O4、SnO2和SnO2-Fe3O4晶体颗粒分布在的石墨烯的片层之间,实现了金属氧化物和石墨烯的复合。片层结构的的石墨烯有利于金属氧化物和锂离子的储存,金属氧化物均匀分布石墨烯层间,可以有效地降低金属氧化物的体积效应,增强金属氧化物的循环性能,金属氧化物和石墨烯之间协同效应提高了复合材料的电学性能。其次,对制备的复合材料进行电学性能测试表明,Fe3O4-石墨烯复合负极材料在0.1C下首次充放电比容量高达1652mAh/g,30次循环后依然高达1086mAh/g高于Fe3O4理论容量924mAh/g。即使在1.0C下,Fe3O4-石墨烯复合负极材料30次循环后容量依然可以达到780mAh/g,容量保持率为84.4%;水热法制备的SnO2-石墨烯复合负极材料首次从放电容量为1827 mAh/g,30次循环后容量依然高达981 mAh/g高于SnO2理论容量782 mAh/g,即使在1.0C时,30次循环后容量为540 mAh/g,容量保持率为69%。为进一步探究Fe3O4-石墨烯和SnO2-石墨烯的储锂性能和循环倍率性能,水热法制备了SnO2-Fe3O4-石墨烯复合材料,其首次充放电容量高达2354 mAh/g,30次循环后容量依然高达1286 mAh/g,在1.0C下,30次循环后容量为981 mAh/g,都高于单一的金属氧化物容量,因此,金属氧化物与石墨烯的复合是提高金属氧化物负极材料的容量及循环稳定性有效途径。实验结果表明,在最佳的反应温度和配比下石墨烯金属氧化物复合负极材料的电学性能获得明显提高。
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