石墨烯在锂离子电池负极中的应用研究

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1、；参未交万方数据硕士学位论文石墨烯在锂离子电池负极中的应用研究GraphenebasedElectrodeUsinginRechargeableLithiumIonBatteries作者：高春雪导师：何大伟北京交通大学2014年6月万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名

2、：赢蠢两签字日期：幽矽年∥月／弓日导师签名：够本印l签字日期：铷眸年6月f易日万方数据学校代码：10004北京交通大学硕士学位论文石墨烯在锂离子电池负极中的应用研究GraphenebasedElectrodeUsinginRechargeabIeLithiumIonBatteries作者姓名：高春雪导师姓名：何大伟学号：11121817职称：教授学位类别：学术型学位级别：硕士密级：公开学科专业：光学工程研究方向：光电子材料与器件北京交通大学2014年6月万方数据致谢本论文的研究工作是在导师何大伟教授的悉心指导下，在师兄王海腾的巨大帮助下完成的。在课题研究过程中，老师和师兄

3、渊博精深的学识、严谨的治学态度、求真务实的工作作风和敏锐开拓的思想是我学习的楷模，并在老师和师兄有意识的培养下，对于实验设计方面的综合素质和经济意识、环保意识、合理利用资源意识均有所提高。研究生期间，何老师对我的授业解惑和关心爱护，使我由衷地感激。在此特向我的导师表示我最真挚的感谢!感谢王海腾师兄一直以来的关心和支持，他对我的实验工作给予了无私的帮助和具体的指导，并提出了很多宝贵建议。祝愿他在科研的道路上不断突破进取。何大伟教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，从入学时研究方向的定位、到解决实验中遇到的具体问题、再到本论文的修改，何老师都给予我很大的帮助和精心的指导。此

4、外，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向何大伟老师表示衷心的谢意。吴洪鹏老师、富呜教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，卓祖亮、段嘉华、何家琪、刘永川、赵鹏飞、胡萌、王闻硕等同学对我论文中的遇到的问题、实验可行性等研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的爸爸、妈妈，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学、Ik。万方数据中文摘要摘要：传统碳材料(天然石墨)因其成本低、安全、循环稳定等特性，被广泛应用于现代商用锂离子电池负极材料。天然石墨作为锂离子电池的缺点是比容量低、充

5、放电速率低。而另一类负极材料一一氮、硅、锡基氧化物／化合物具有较高的比容量，充放电速率较天然石墨有所提高。但是，氮、硅、锡基氧化物／化合物作为锂离子电池负极材料具有一个致命的缺点，就是在充放电过程中，其体积变化过大，严重影响锂离子电池的安全性能，同时存在成本高的问题，从而限制这类负极材料的应用。基于以上，制备石墨烯及改性石墨烯(石墨烯分别与富勒烯、碳纳米管复合)成为弥补现有两类负极材料不足的潜在解决方案。因此，本论文主要做了以下研究：(1)针对性地选取改性Hummers法制备氧化石墨烯，并用热还原法制得石墨烯，对制得的石墨烯进行AFM、SEM、XRD和Raman光谱分析：

6、(2)研究了石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能。通过比容量、循环次数、库伦效率等方面进行分析，结果表明，作为锂离子电池负极，石墨烯的比容量优于天然石墨。天然石墨的理论容量为372mAh／g，石墨烯的理论容量为744mAh／g，而实验中获得石墨烯的首次嵌锂容量平均值为861．5mAh／g。石墨烯在2C倍率下，100次循环后容量为280mAh／g；(3)研究了石墨烯与富勒烯复合，作为锂离子电池负极材料的电化学性能。通过比容量、循环次数、库伦效率等方面进行分析，结果表明，作为锂离子电池负极，石墨烯与富勒烯复合优于纯石墨烯。首次嵌锂容量平均值由861．5mAh／g提升到10

7、26．6mAh／g；2C倍率下，100次循环后，比容量由280mAh／g提升到301mAh／g：平均库伦效率由97．7％提升到97．9％；(4)研究了石墨烯与碳纳米管复合，作为锂离子电池负极材料的电化学性能。通过比容量、循环次数、库伦效率等方面进行分析，结果表明，作为锂离子电池负极，石墨烯与碳纳米管复合优于石墨烯与富勒烯复合。首次嵌锂容量平均值由1026．6mAh／g提升到1270．6mAh／g；2C倍率下，100次循环后，比容量由301mAh／g提升到365mAh／g；平均库伦效率由97．9％提升到98．O％。关键词：锂离子