氧化物/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能研究

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近年来,研究人员在新能源锂/钠离子电池正极材料上的研究成果颇多。目前将目光转向具有潜力和可大范围使用的锂/钠离子电池负极材料。锂离子电池最开始兴起时,负极材料采用的是金属锂。在电池的使用期间,锂电池充放电过程中,金属锂易形成锂枝晶,引起电流密度分布不均,促进锂枝晶生长,导致电池发生短路甚至会引起爆炸,造成重大损失。因此,锂金属不能再继续用于作商业锂电的负极材料。研究人员发现层状结构的石墨在电极反应过程中不产生锂枝晶,安全性高。但是它的理论比容量只有372 m Ah g-1,不能满足市场对锂电的需求。锰氧化物具有成本低、电化学行为理想和环境友好等特点,受到学者关注,其中,Mn O2具有最稳定的结构,理想的物理性质与化学性质,其理论比容量为1230m Ah g-1,是应用于锂离子电池中最为理想的负极材料。本文通过共沉淀法制备出球状Mn O2材料,然后以氧化石墨烯(GO)为基体碳材料,利用水热法合成Mn O2/r GO复合材料。再对Mn O2材料和其复合材料作为锂电负极材料进行电化学性能测试分析。通过测试结果可以看出,与球状Mn O2相比,Mn O2/r GO复合材料经测试后发现电化学性能表现更为优秀,在蓝电设备上经历20圈充电放电循环后,观察到它的放电比容量仍旧保持在451.4 m Ah g-1。在适用于钠离子电池的负极材料中,氧化锑负极材料因其理论比容量高(660m Ah g-1)和储钠性能出色而备受关注。本文在室温条件下,通过添加水合肼一步法合成了Sb2O3/r GO复合物。在合成过程中,GO被水合肼还原,同时防止了Sb3+被氧化为Sb5+。此外,水合肼的加入有效地抑制了Sb2O3的团聚。从电化学性能的测试结果可以看到,Sb2O3/r GO复合材料显示了良好的倍率性能和循环性能,我们认为这归因于r GO的良好电导性以及r GO与Sb2O3之间牢固的化学键结合。引入还原氧化石墨烯(r GO)是一种可有效提高Sb2O3电化学性能的方法。本论文选用氧化石墨烯与氧化物复合,制备AxOy/GO复合材料分别用于锂电和钠电的负极材料上,结合了石墨烯机械性能优异,导电率高,以及氧化物容量高的优点,制备出综合性能优异的氧化物/还原氧化石墨烯复合材料,且所用合成方法简单,有望实现工业化生产。
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