水滑石前體法制備石墨烯負載過渡金屬復合物的儲鋰性能研究.pdf

1、隨著便攜式電子設備和電動汽車等應用領域日益增長的需求，研發(fā)高電容量和倍率性能以及長循環(huán)壽命的鋰離子電池負極材料成為重要挑戰(zhàn)。過渡金屬氧/硫化物因具有相對較高的理論比容量受到廣泛關(guān)注，但是在鋰離子電池不斷充放電過程中，由于金屬氧/硫化物會不可避免地出現(xiàn)嚴重的體積膨脹和導電性差等普遍性問題，最終導致極差的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。主要的解決方法之一是將其與碳材料復合。與其他碳材料相比，石墨烯具有單原子層厚度，高電子遷移率、優(yōu)異導電性能等優(yōu)勢而

2、廣泛應用于與過渡金屬氧化物/硫化物復合，成為電化學儲能和能源轉(zhuǎn)換的主流材料。本文通過水滑石前體法成功制備石墨烯/三維石墨烯氣凝膠分別負載過渡金屬復合物（Mn0.25Co0.75O、NiCo2S4/Ni0.96S），作為鋰離子電池電極材料表現(xiàn)超高的比電容量、優(yōu)異的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性能。論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　(1)石墨烯負載氧化物固溶體(Mn0.25Co0.75O/G)負極材料:采用成核晶化隔離法制備出CoMn-LDH

3、/GO前體，再通過焙燒處理得到石墨烯負載雙金屬固溶氧化物(Mn0.25Co0.75O/G)納米復合材料。非原位XRD譜圖記錄了在350℃～600℃焙燒溫度范圍內(nèi)，自前體CoMn-LDH到產(chǎn)物Mn0.25Co0.75O的拓撲相變過程。在550℃之前，CoMn-LDH首先被還原成CoO相，當溫度大于550℃時，Mn元素摻雜進入CoO的晶格，形成Mn0.25Co0.75O固溶體。HRTEM元素分布圖和XPS進一步證明我們成功制備出Co、Mn雙

4、金屬在原子級別上高度分散的氧化物固溶體Mn0.25Co0.75O。電化學測試結(jié)果表明，Mn0.25Co0.75O/G復合材料在電流密度100mA g-1下，循環(huán)100圈之后比電容量仍能保持980 mA hg-1，尤其是在大電流密度2A g-1下，超長循環(huán)1300圈之后比電容量上升到1087 mA h g-1。
　　(2)石墨烯氣凝膠負載復合金屬硫化物(NiCo2S4/Ni0.96S/3DGA)負極材料:以NiCo-LDH水滑石為前

5、體，通過兩步水熱法制備了三維石墨烯氣凝膠負載兩相雙金屬硫化物NiCo2S4/Ni0.96S/3DGA。電化學測試結(jié)果表明，NiCo2S4/Ni0.96S/3DGA在電流密度100 mA g-1下，循環(huán)200圈之后的比電容量維持在965 mA h g-1，在大電流密度1A g-1，完成800圈的超長循環(huán)后比電容量平穩(wěn)維持620 mA h g-1。三維石墨烯氣凝膠的優(yōu)勢在于材料輕質(zhì)、多孔以及比表面積高、暴露的電化學活性位點多且能夠提供更多的