石墨烯基复合材料的制备及电化学性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:BruceLee_123
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本论文以石墨烯为基底,构筑石墨烯基二氧化硅(SiO2)和硬碳复合材料,研究了不同晶型SiO2基复合材料的电化学储锂性能和硬碳复合材料的电化学储钠性能。具体研究内容与结论如下:(1)通过水热法和后续热处理法自组装SiO2溶胶、蔗糖和氧化石墨烯,制备了具有良好电化学性能的SiO2@碳/石墨烯(SiO2@C/G)复合材料。研究发现SiO2/蔗糖的比例对SiO2@C/G复合材料的电化学性能有较大影响,随着比例的增加,电化学性能先上升后下降,当SiO2/蔗糖比例为0.15时,复合材料表现出较好的储锂性能:电流密度为100 m A g-1时,首次放电比容量为906 m Ah g-1,循环216次后仍保留542 m Ah g-1的放电比容量。SiO2@C/G复合材料良好的导电性,SiO2纳米颗粒较小的颗粒尺寸及良好的分散度之间的协同效应使其具有良好的循环稳定性和高的可逆容量。(2)以硅藻土为硅源,石墨烯为基质,构筑了结晶型SiO2-石墨烯复合材料(简称CS-G)。石墨烯在CS-G中呈现多孔网络状,硅藻土纳米颗粒包裹在网络结构中。XRD结果表明SiO2呈石英和方石英两种晶型。电流密度为100 m A g-1时,CS-G的电化学比容量呈现稳定上升的趋势,循环110次后,其储锂容量稳定在780 m Ah g-1,CS-G电极表现出稳定的可逆比容量。在不同电流密度下,CS-G表现出良好的倍率性能。SiO2与石墨烯之间独特的网络结构及良好的协同效应保证了CS-G电极与电解液有足够的接触面积,有效缩短了Li+的扩散路径,提升了电极的储锂性能。(3)采用温和的水热法成功制备了形貌优异的无序硬碳/石墨烯(C@G)复合材料。SEM和TEM分析表明,硬炭表现出两种不同的形貌:碳微球和碳层,它们较为均一地分布在石墨烯片层的表面。作为钠离子电池负极材料,这种结构可以保证电极与电解液之间有效的接触面积,提供更多的活性位点。在电流密度为50 m A g-1,循环100次后,C@G复合材料的储钠容量稳定在300 m Ah g-1,表现出良好的倍率性能。独特的复合结构以及无序硬碳与石墨烯之间的协同效应有利于提高电极对Na+的嵌入/脱出性能。
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