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随着化石等不可再生燃料的不断消耗,人们对环境与能源问题的关注日益增加,二次锂离子电池的应用与发展也受到了科研工作者的持续关注,研究发现市场上由石墨和嵌锂过渡金属氧化物组成的二次锂离子电池因其较低的能量密度已经不能满足人们高质量生活的要求,因此发展更高比容量的电池材料已迫在眉睫。与锂硫电池类似,锂硒电池得益于其高的体积比容量被广泛关注。但硒电极材料在循环过程中的体积膨胀,高价态多硒化物的溶解,硒的活性物质载量低(所有硒正极复合材料中的含量普遍不高于70%)以及锂枝晶的存在等问题都阻碍了锂硒电池的实际应用。为了解决这些问题,本文制备了Se@Ni和rGO@Se@Ni复合电极材料,并通过控制变量改变不同的工艺参数来优化提高材料的电化学性能。具体内容如下: 在特定的溶液中,利用三电极体系在泡沫镍基底上进行电沉积制备了Se@Ni复合材料,通过控制变量法改变溶液pH、电沉积电压、电流密度、电沉积时间、主盐浓度、支持电解质等参数。研究了各条件对材料形貌结构和电化学性能的影响。实验得出0.5mA电流下沉积3h为最佳条件,材料形貌和电化学性能皆最优。由XRD和拉曼光谱测得电沉积后硒单质信号的出现,同时由SEM和EDS能谱也证实试验获得了较为均匀、形状规则的硒镀层,且硒颗粒大小平均为500nm。在0.1C(1C=675mAh·g-1)的电流密度下进行充放电测试, Se@Ni复合材料在首圈循环中由于SEI膜的形成其放电比容量可达600 mAh·g-1,首圈库伦效率达106%。经过100次充放电后其还保持有328 mAh·g-1的放电比容量,获得了接近100%的优异的库伦效率。虽然容量保持率较低,但Se@Ni复合材料不需要添加任何导电剂和粘结剂,只需由泡沫镍作为沉积载体兼集流体即可直接作为正极材料使用。相比于其它有各种添加剂的硒正极材料,其活性物质利用率十分可观。同时硒的负载量可以通过控制沉积时间,沉积电流密度很好的控制,制得含硒量不同的功能型正极材料。 利用石墨烯具有丰富薄片状褶皱的二维结构特性,采用物理吸附的方法将还原氧化石墨烯均匀地包覆在Se@Ni复合材料上制得rGO@Se@Ni复合材料。经结构表征和电化学性能测试表明,氧化石墨烯较为均匀的包覆在Se@Ni复合材料的表面,在0.5C(1C=675 mAh·g-1)的电流密度下,rGO@Se@Ni复合材料的首圈放电比容量可接近593 mAh·g-1,硒的利用率达到了88%。经过200次充放电循环后仍保持有204 mAh·g-1的放电比容量,库伦效率接近100%。与Se@Ni复合电极材料相比,rGO@Se@Ni复合材料电化学性能的进一步提高主要得益于石墨烯对硒镀层的保护,石墨烯在表层通过吸附的作用牢牢地覆盖在硒镀层表面,像一张大网一样固定住硒颗粒,既抑制了充放电过程中多硒化物的溶解,褶皱、柔软的还原氧化石墨烯又为充放电过程中硒的体积膨胀提供了缓冲作用。