石墨烯与石墨烯基复合材料的制备及储能应用

论文摘要

本论文通过化学方法制备石墨烯以及石墨烯/氧化亚锡纳米复合材料,对其进行了结构、形貌和性能的表征,并研究了石墨烯/氧化亚锡纳米复合材料在锂离子电池负极材料上的应用。以高纯石墨为原料,通过氧化、超声过程制备层数较少的氧化石墨片,对氧化石墨片还原得到较薄的石墨烯。XRD结果表明,氧化石墨烯样品的(002)晶面的衍射向低角度方向移动,主要是由于氧化石墨表面和边缘引入了大量的含氧官能团和缺陷,导致石墨层间距变大,而还原成石墨烯后,样品的(002)晶面衍射又向高角度方向移动,石墨层间距变小,这是由于还原过程中减少了表面的大量含氧官能团。同时对样品进行了Raman光谱研究,碳材料的特征振动D峰和G峰的强度比先是变大,又变小,也说明了在氧化过程中规则度变小,而还原后又变规则的过程。TEM照片显示我们成功地制备出了具有褶皱和起伏的较薄石墨烯。我们通过有机相反应制备了氧化亚锡纳米花,首先将氧化亚锡和氧化石墨混合在一起,然后加入还原剂,通过长时间的加热搅拌,复合的同时对氧化石墨进行还原,直接制备了石墨烯/氧化亚锡纳米复合材料。在TEM照片中我们可以清晰地看到氧化亚锡纳米花均匀的分布在石墨烯的表面上,对样品进行XRD和Raman表征,研究了这种石墨烯/氧化亚锡纳米复合材料的结构。以该复合材料为负极组装了锂离子电池,并研究了其充放电循环性能,结果表明这种材料既克服了石墨烯作为负极容量不够理想的问题,又克服了氧化亚锡纳米花作为负极容量衰减快的问题,可以作为一种高容量、衰减慢的高性能锂离子电池负极材料。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 石墨烯材料
• 1.1.1 碳材料概述
• 1.1.2 石墨烯的发现
• 1.1.3 石墨烯的结构
• 1.1.4 石墨烯的制备方法
• 1.1.5 石墨烯的性质
• 1.1.6 石墨烯的潜在应用及研究现状
• 1.2 锂离子电池负极研究进展
• 1.2.1 锂离子电池概述
• 1.2.2 碳材料作为锂离子电池负极
• 1.2.3 金属锡化物作为锂离子电池负极
• 1.2.4 碳材料/锡化物复合材料作为锂离子电池负极
• 1.3 本论文的选题意义、创新点以及主要内容
• 第二章 石墨烯及氧化亚锡纳米晶的制备与表征
• 2.1 石墨烯的制备与表征
• 2.1.1 理论背景
• 2.1.2 实验原料及设备
• 2.1.3 石墨烯制备实验过程
• 2.1.4 石墨烯的表征
• 2.2 氧化亚锡（SNO）纳米晶的制备与表征
• 2.2.1 氧化亚锡纳米晶的研究背景
• 2.2.2 实验原料及设备
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 SnO 的表征
• 2.3 本章小结
• 第三章 石墨烯/氧化亚锡纳米复合材料的制备及其在锂离子电池负极中的应用
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验原料及设备
• 3.3 实验过程
• 3.4 GNS/SNO 复合材料的表征
• 3.5 GNS/SNO 复合材料在锂离子电池负极上的应用
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢