靜電噴霧技術(shù)制備石墨烯復(fù)合膜電極及其在儲(chǔ)能器件上的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，紅磷作為鋰離子電池與鈉離子電池負(fù)極，表現(xiàn)出良好的儲(chǔ)鋰/鈉性能，理論比容量可達(dá)2596 mAh g-1，是很有潛力的新型負(fù)極材料。但是紅磷不導(dǎo)電，而且作為負(fù)極在充放電時(shí)會(huì)有強(qiáng)烈的體積效應(yīng)（~300％），對(duì)其在相應(yīng)儲(chǔ)能器件上的應(yīng)用穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。石墨烯由于具有良好的導(dǎo)電性被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能器件中，顯示了重要的應(yīng)用前景。本論文在前人基礎(chǔ)上，首次通過(guò)靜電噴霧技術(shù)和光波還原法制備了石墨烯基紅磷復(fù)合膜材料，研究了其在鋰離子電池、鈉離

2、子電池上的應(yīng)用，期望發(fā)揮該復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高其性能。另外，本文首次用該技術(shù)研究了石墨烯納米帶材料在鋰離子電池上的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、利用靜電噴霧技術(shù)制備負(fù)載紅磷的氧化石墨烯薄膜并經(jīng)快速光波還原，得到不同比例的石墨烯基紅磷復(fù)合膜材料：20%/ES-RP/rGO、40%/ES-RP/rGO、60%/ES-RP/rGO，通過(guò)XRD、FTIR、拉曼光譜、XPS、SEM、TEM等手段進(jìn)行表征。結(jié)果表明，經(jīng)靜電噴霧技

3、術(shù)構(gòu)建了石墨烯疏松的三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，紅磷粒子在石墨烯表面均勻分布，顆粒的尺寸較小。
　　2、將石墨烯基紅磷復(fù)合膜電極組裝成鋰離子電池，研究了不同的復(fù)合比例對(duì)其作為負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，RP/rGO復(fù)合材料比rGO材料具備更優(yōu)秀的電化學(xué)性能，40%/ES-RP/rGO復(fù)合膜材料表現(xiàn)最佳。0.37 A g-1電流密度具有2544.4 mAh g-1的首次放電比容量，庫(kù)倫效率高達(dá)94%。在1 A g-1電流密度下，100次循

4、環(huán)后容量保持率約為95%，即使在10 A g-1大電流密度循環(huán)1000次，比容量仍有540 mAh g-1。不同電流循環(huán)110次，與初始可逆容量相比，容量保持率為84%，展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。
　　3、將石墨烯基紅磷復(fù)合膜電極裝配成鈉離子電池，研究了不同比例的復(fù)合材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，紅磷與 rGO的復(fù)合材料大大改善了鈉離子電池的電化學(xué)性能。對(duì)此三個(gè)比例的復(fù)合膜材料，40%/ES-RP/rGO電極材料具有更好的

5、電化學(xué)性能：在電流密度為0.1 A g-1時(shí)，首次放電比容量高至4270.1 mAh g-1，庫(kù)倫效率為73%。在1 A g-1電流密度下循環(huán)100圈，比容量依舊可達(dá)1154 mAh g-1。而且經(jīng)過(guò)電流密度由小到大（0.5 A g-1-20 A g-1）不間斷循環(huán)90次，容量保持率高達(dá)92%。
　　4、采用靜電噴霧技術(shù)制備了石墨烯納米帶（ES-GNRs）膜電極材料，研究了其作為鋰離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，ES-GNRs

6、在0.1 A g-1具有3037 mAh g-1的可逆容量，首次庫(kù)倫效率為69%，100次循環(huán)后，仍有1717.14 mAh g-1的高比容量。即使在37.2 A g-1大電流密度時(shí)，仍有610.5 mAh g-1的高比容量。這些充分說(shuō)明經(jīng)靜電噴霧得到的ES-GNRs材料具有優(yōu)越的電化學(xué)性能。
　　5、通過(guò)靜電噴霧技術(shù)直接獲得薄膜電極的制備模式避免了導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的加入，同時(shí)避免了石墨烯片與片之間的重疊。其結(jié)果將為研究開(kāi)發(fā)新型的儲(chǔ)