自支撑三维石墨烯_锡负极的制备及其电化学性能研究

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1、硕士学位论文自支撑三维石墨烯/锡负极的制备及其电化学性能研究FABRICATIONANDELECTROCHEMICALPERFORMANCEOFFREE-STANDING3D-RGO/SnANODEMATERIAL卢仁坤哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O69学校代码：10213国际图书分类号：540密级：公开理学硕士学位论文自支撑三维石墨烯/锡负极的制备及其电化学性能研究硕士研究生：卢仁坤导师：卢松涛副教授申请学位：理学硕士学科：物理化学所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TM911.41U.D.C:535.3DissertationfortheMasterDegreeofScienceFABRICATIONANDELECTROCHEMICALPERFORMANCEOFFREE-STANDING3D-RGO/SnANODEMATERIALCandidate：LuRenkunSupervisor：AssociateProf.LuSongtaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpecialty：PhysicalChemistr

3、yAffiliation：DepartmentofChemistry,SchoolofChemistryandChemicalEnineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要金属锡具有高的理论比容量（Li-14.4Sn为991mAhg）和电子电导率（9.17×106Sm-1），以及适中的工作电压，可以在充放电过程中提高锂离子电池的安全性，从而成为一种极有前景的锂离子

4、电池负极材料。然而，在充放电过程中，锡与锂的合金化过程会发生剧烈的体积膨胀，导致活性物质出现粉碎、脱落，SEI膜不稳定，从而导致其电化学性能下降，限制金属锡作为锂离子电池负极材料的商业应用。本文设计并制备了一种具有三维多孔网络结构的自支撑三维石墨烯/锡负极材料。在这种三维结构的材料中，具有优异柔韧性的三维石墨烯（3D-rGO）可以缓冲被封装在多孔结构内的锡纳米颗粒在充放电过程的体积效应，并有效地抑制其从电极表面脱落，维持Sn纳米粒子结构的稳定。本文采用XRD、SEM等物理表征手段以及恒电流充放电法、循环伏安法等电化学测试方法，研

5、究制备工艺时间、温度以及锡含量对三维石墨烯/锡负极结构和电化学性能的影响。研究表明，这种自支撑三维石墨烯/锡负极表现出较好的循环稳定性能（在200mAg-1电流密度下首次循环放电比容量为1089.4mAhg-1，第100次循环时仍保持589.0mAhg-1），同时具有较好的倍率性能。优异的电化学性能归功于三维石墨烯的三维多孔结构能有效缓冲锡纳米颗粒在充放电过程中的体积膨胀，提高材料的结构稳定性。为进一步提升三维石墨烯/锡负极材料的电化学性能，本文还采用碳纳米管掺入三维石墨烯结构，利用一维碳纳米管和二维石墨烯交织叠层自组装，制备出

6、负载锡纳米颗粒的三维石墨烯-碳纳米管，研究了碳纳米管对三维石墨烯/锡电极材料的影响。研究结果表明，将碳纳米管用强氧化性酸处理过后掺入三维石墨烯中，对电极材料的电化学性能有所提高，在200mAg-1电流密度下100个循环后放电比容量依然有625.9mAhg-1，说明酸化碳纳米管能进一步改良三维石墨烯的多孔结构，有利于提高三维石墨烯/锡负极材料的电化学稳定性。关键词：锡负极；三维石墨烯；三维多孔网络结构；锂离子电池-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractMetallicSnisapromisingalternativea

7、nodematerial,becauseitnotonlyhashightheoreticalcapacity(991mAhg-1forLi4.4Sn)andelectronicconductivitybutalsohasmoderateoperatingvoltagewhichcanimprovethesafetyofLIBsduringthecharge/dischargeprocess.However,thepracticalapplicationofmetallicSnasanodematerialforLIBssuff

8、ersfromthedramaticvolumeexpansionduringlithium-ionalloyingprocesses,leadingtotheseverepulverizationwhichcauseselectricaldisconnecti