石墨烯基锂离子电池复合电极材料的设计合成和电化学性能研究.pdf

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1、石墨烯基锂离子电池复合电极材料的设计合成和电化学性能研究李爽2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540石墨烯基锂离子电池复合电极材料的设计合成和电化学性能研究作者姓名李爽学院名称化学学院指导教师曹敏花教授答辩委员会主席胡长文教授申请学位理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignsynthesisandelectrochemicalperformanceresearchofgraphenebasedcompositeelectrodematerialsoflithiumionbatteriesCandidateName：Shu

2、angLiSchoolorDepartment:ChemistryAcademyFacultyMentor:Prof.Min-huaCaoChair,ThesisCommittee：Prof.Chang-wenHuDegreeApplied:MasterofScienceMajor：ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要可充电式锂离子电池具有能量密度高，维修费用低和自放电能力低等特点，在学术和商业领域吸引了极大的注意，使其成为了便携式电子设备、电动汽车和混合电动汽车的潜在电源。锂离子电池正负极电极材料是锂离子电池的重要组成部分，因其对锂离子电池的电化学性能有关键作用，所以电极材料的选择是锂离子电池性能得到提2升的关键因素之一。石墨烯（Graphene）是由单层

4、sp杂化碳原子组成的六方蜂巢状二维结构物质，自2004年首次报道独立存在以来，在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能，使之成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点。近来，石墨烯在作为锂离子电池的电极材料方面也激发了极大地研究兴趣，以石墨烯、不同含氧官能团的石墨烯衍生物如氧化石墨和还原氧化石墨等作为不同金属和金属氧化物纳米结构物质生长的2D基底，并以此作为电极材料的大量工作已被开展，且取得了一定的进展。本文以石墨烯基化合物为研究对象制备出了系列复合材料，采用XRD、XPS、SEM、TEM等测试方法对这些材料进行物相组成和结构形貌的表征，并且将其作为正负极电极材料组装成锂离子电

5、池，测试了其电化学性能。主要的研究内容如下：(1)采用冷冻干燥-热还原方法合成了氮（N）掺杂的ZnO-Graphene复合纳米材料。以氢氧化锌[Zn(OH)2]、乙二胺（EDA）和氧化石墨烯为原料，用冷冻干燥-热还原方法制备了N掺杂的ZnO-Graphene复合纳米材料。制备过程简单，条件易控制，无需任何模板和表面活性剂。该材料作为锂离子电池负极材料，容量高、循环稳定、倍率性能好，且与纯相ZnO、纯相Graphene及未掺N的ZnO-Graphene相比电池性能-1-1有了很大的提高，在100mAg电流密度下，容量可以达到900mAhg。(2)采用水热-热解方法合成了V2O5-Gr

6、aphene复合纳米材料。以偏钒酸铵（NH4VO3）和氧化石墨烯为原料，用水热-热解的方法合成了V2O5-Graphene复合纳米材料。方法简单，易操作，成本低等。合成的材料结构稳定，-1将其作为锂离子电池正极材料，电化学性能较好。在100mAg电流密度下，容量可-1以达到325mAhg。关键词：锂离子电池；负极材料；正极材料；石墨烯；氧化锌；五氧化二钒I北京理工大学硕士学位论文AbstractRechargeablelithiumionbatteries(LIBs)haveattractedgreatattentionbothfromacademyandindustrycommu

7、nitiesbecauseoftheirsuperioradvantagesovertheothersecondarybatteriesincludingthehighenergydensity,lowmaintenance,andrelativelylowself-discharge.Therefore,LIBsareregardedasthepotentialpowerforelectricvehicles(EVs),hybridelectricvehicles(