介孔炭包覆石墨烯三明治夹心材料及Li-Se和Li-S电池快充放电性能研究

摘要

可充电式锂离子电池具有很高的能量密度，低的损耗和低的自放电特点，在学术和商业领域都引起了大众的关注，在便携式设备，电动汽车和混合式电动车领域也有很大的应用。在锂离子电池中，电池的正负极材料时锂电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能起到非常大的作用。石墨烯是由单层sp2杂化碳原子单层组成，从2004年以来首次被报道独立存在，在力学，热学，电学和其他方面拥有极好的优异性能，并且成为了化学，物理和材料科学等领域争相研究的热点。最近几年来石墨烯作为电极材料在锂电池中的应用也引发了一系列的研究，石墨烯衍生物因其拥有不同的含氧官能团比如氧化石墨烯和还原氧化石墨等可以作为纳米结构物质生长的2D基底，同时制备电极材料，此工作已经大量被开展，取得了一定的进展。　　以石墨烯为基础的介孔炭包覆材料通过简单的模板法可以制得。以它作为基底材料进行载硒和载硫制成正极材料后作为锂硒和锂硫电池。合成材料则通过X射线衍射仪（XRD），X光电子能谱(XPS)，扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等进行测试。锂硒电池和锂硫电池的性能通过循环伏安图和充放电曲线和循环图进行测试。电池倍率性能测试结果比较让人满意，在5C的电流密度下，在电池跑了500圈后，锂硒电池可以保持在240 mA h g-1;而在1C的电流密度下，在电池跑了200圈后，锂硫电池可以保持在700 mA h g-1。其原因可以归结于石墨烯的高导电性和可以抑制正极材料氧化物的溶解的介孔碳多孔结构。

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摘要

第一章 绪论

1．1 二次电池的背景简介

1．2 高比能锂离子电池

1．2．1 高比能锂离子电池负极

1．2．2 高比能锂离子电池正极材料

1．3 石墨烯基锂离子电池复合材料

1．3．1 石墨烯

1．3．2 石墨烯锂离子电池复合负极材料

1．4 锂硒及锂硫电池的引入和发展

1．4．1 多孔炭材料的概述

1．4．2 碳材料的作用机理

1．5 动力锂离子电池的安全性

1．5．1 正极活性物质稳定性的影响因素

1．5．2 负极活性物质稳定性的影响因素

第二章 介孔炭的制备及表征

2．1 前言

2．1．1 多孔材料的概述

2．1．2 介孔分子筛材料

2．1．3 介孔碳的介绍

2．1．4 介孔炭材料的制备方法

2．1．5 介孔碳的合成方法

2．2 实验部分

2．2．1 药品和仪器

2．2．2 实验步骤

2．2．3 药品和仪器

2．2．4 实验步骤

2．3 本章总结

第三章 硒／介孔炭正极材料的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 硒／碳复合正极材料的制备

3．2．2 结构和形貌表征

3．2．3 电化学测试

3．3 电化学测试结果

3．4 本章小结

第四章 硫／介孔炭正极材料的制备和表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 硫／碳复合正极材料的制备

4．2．2 结构和形貌表征

4．2．3 电化学测试

4．3 电化学测试结果

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况