锂离子电池SnO2纳米球/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

摘要

近年来，便携式电子设备和电动汽车的高速发展对于锂离子电池的性能提出了更高的要求，从而推动了研究高比容量，长寿命锂离子电池负极材料的研制。与商业化的石墨材料相比，二氧化锡具有更高的质量和体积比容量，但是，在锂离子嵌入和脱出过程中二氧化锡的巨大体积膨胀会导致电极材料的粉化，从而使得锂离子电池容量急剧衰减。通过构建特定的形貌结构及复合材料，能很大程度改善二氧化锡循环寿命短等缺陷。因此，研究二氧化锡的制备及作为锂离子电池负极材料的应用具有重要的意义。
　　本课题以SnO2纳米球/石墨烯复合材料为研究对象，制备出了二氧化锡微球、石墨烯，及二氧化锡纳米球与石墨烯的纳米复合，在此基础上，进一步研究了这些电极材料作为锂离子电池负极材料的性能，通过实验得到以下主要结果：
　　1)采用水热法合成了SnO2微球，研究了乙醇/去离子水体积比和水热反应时间对SnO2形貌影响。将最佳反应条件下的SnO2微球作为锂离子电池负极材料进行电化学测试，结果显示：在电流密度100mA/g下，SnO2微球电极材料首次放电容量和充电容量分别为1546mAh/g和951mAh/g，首次库伦效率为61％，经过30次的可逆循环后，电极材料仍保持有439mAh/g的放电容量。
　　2)以天然鳞片石墨为原料，采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(graphite oxide,GO)，再通过高温膨胀氧化石墨得到石墨烯。通过对石墨烯的结构、形貌和电化学性能进行研究，得出结果显示高温膨胀制备的石墨烯电极材料在电流密度100mA/g次下，首次放电容量和充电容量达到了1259mAh/g和967mAh/g，经过30次可逆循环后，石墨烯电极材料放电容量保持在436mAh/g。
　　3)将SnO2与石墨烯进行微观层面上的复合，成功制备出SnO2纳米球/石墨烯的复合物材料。通过对SnO2纳米球/石墨烯复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明，SnO2纳米球与石墨烯表面的含氧官能团形成桥键，均匀分布在石墨烯和SnO2纳米球之间，从而使石墨烯和SnO2纳米球均匀复合。水热合成制备的SnO2纳米球/石墨烯复合材料在电流密度100mA/g下的首次放电容量为1306mAh/g，经过50次循环充放电测试后放电容量仍保持在592mAh/g。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 锂离子电池

1.3 锂离子电池负极材料的研究进展

1.4 石墨烯基负极材料的研究进展

1.5 本论文的主要研究目的及创新点

2 实验原料及仪器设备

2.1 实验原料和化学试剂

2.2 实验设备

2.3 表征方法、测试及基本原理

2.4 电池组装流程

3 石墨烯的制备及其电化学性能的研究

3.1 引言

3.2改进的Hummers方法制备氧化石墨烯

3.3实验结果与讨论

3.4 本章小节

4 SnO2微球的制备及其电化学性能研究

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 SnO2纳米球/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读学位期间参与发表的论文目录：

B．作者在攻读学位期间申请的专利目录：