石墨烯-錫基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、石墨由于性能穩(wěn)定、循環(huán)壽命長(zhǎng)被認(rèn)為是優(yōu)秀的負(fù)極材料之一，但它安全性不佳、理論比容量較低且高倍率儲(chǔ)鋰性能較差。錫基材料由于具有安全性高、質(zhì)量及體積比容量高、毒性較低等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是很有前景的石墨替代材料，但錫基材料在充放電過(guò)程中巨大的體積變化造成容量迅速衰減，限制了其應(yīng)用。本文通過(guò)加入石墨烯制備 SnS-石墨烯復(fù)合材料，提高錫基材料的低倍率循環(huán)性能，并對(duì)其進(jìn)行水熱處理制備SnO2-石墨烯基復(fù)合材料，提高材料循環(huán)性能和倍率性能。進(jìn)一步制備Sn

2、-石墨烯基復(fù)合材料，提高材料的充放電性能和首次庫(kù)倫效率，并探討其可能的作用機(jī)制。
　　采用修飾的Hummers法制備了氧化石墨烯，并通過(guò)還原處理制得石墨烯。所制備的石墨烯具有良好的多孔結(jié)構(gòu)，使其成為制備石墨烯-錫基復(fù)合材料的優(yōu)良模板。采用溶劑熱法制備出 SnS納米顆粒及 SnS納米棒，具有一維納米棒結(jié)構(gòu)的SnS納米棒相對(duì)SnS納米顆粒具有更好的儲(chǔ)鋰性能。聯(lián)合沉淀-溶劑熱法制備出SnS納米棒-石墨烯及SnS顆粒-石墨烯納米復(fù)合物，并

3、比較了石墨烯含量對(duì)SnS顆粒-石墨烯儲(chǔ)鋰性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在較低的充放電倍率下，石墨烯含量為15％的SnS顆粒-石墨烯具有較高的比容量和循環(huán)性能，該復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能優(yōu)于單純的SnS電極和單純的石墨烯電極。分別利用氮?dú)馕摳郊夹g(shù)、電化學(xué)交流阻抗及透射電鏡對(duì)制備的SnS顆粒-石墨烯納米復(fù)合物的儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行研究。并利用SnS和SnS-GNS與電解質(zhì)溶液的作用機(jī)制以及電子的轉(zhuǎn)移機(jī)制示意圖解釋了其增強(qiáng)SnS儲(chǔ)鋰性能的作用機(jī)制。
　　

4、采用更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的均勻沉淀法制備了SnS-熱處理石墨烯復(fù)合材料，研究其儲(chǔ)鋰性能，制備出電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能較好的SnS-熱處理石墨烯前軀體。以高倍率儲(chǔ)鋰性能較好的SnS-熱處理石墨烯為前軀體，制備了SnO2-石墨烯，該復(fù)合材料在500mA g-1電流下充放電循環(huán)100次后的可逆容量為597 mAhg-1。為了抑制 SnO2-石墨烯表面 SnO2的體積膨脹，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的低溫水熱法制備出硫包覆 SnO2-石墨烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能優(yōu)

5、于單純的SnO2電極、單純的石墨烯電極和SnO2-石墨烯復(fù)合材料。在500 mA g-1電流下充放電循環(huán)200次后該復(fù)合材料的可逆容量為815 mAhg-1。倍率性能測(cè)試表明其具有優(yōu)異的大電流性能，在4000 mA g-1電流下可逆容量仍有580 mAhg-1。分別利用循環(huán)伏安測(cè)試和電化學(xué)交流阻技術(shù)對(duì)低溫水熱法制備的硫包覆SnO2-石墨烯復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行研究，并利用石墨烯和S對(duì)錫基復(fù)合材料作用機(jī)制示意圖解釋了其增強(qiáng)的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能

6、的機(jī)制。
　　為了進(jìn)一步提高石墨烯-錫基復(fù)合材料的首次庫(kù)倫效率，采用低溫沉淀法制備了Sn-石墨烯復(fù)合材料，研究了其儲(chǔ)鋰性能，該復(fù)合材料在500 mA g-1電流下充放電循環(huán)的首次庫(kù)倫效率為70.3%，較石墨烯-錫的硫化物及氧化物復(fù)合材料均有所提高，60次充放電循環(huán)后的可逆容量為430 mAhg-1。采用電泳沉積制備了三維 Sn-石墨烯復(fù)合材料，進(jìn)一步提高了Sn-石墨烯基材料的可逆容量，該復(fù)合材料在500 mA g-1電流下充放電循