氧化石墨結(jié)構(gòu)及SnO2-石墨烯復(fù)合材料電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種潔凈能源電池，可有效地解決能源環(huán)境問題，特別是在未來電動(dòng)汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用。SnO2/石墨烯復(fù)合材料將SnO2較高的比容量同石墨烯優(yōu)異的物理性能結(jié)合，作為負(fù)極材料，擁護(hù)很好的電化學(xué)性能。本工作從氧化石墨(GO)出發(fā)，實(shí)驗(yàn)上采用水熱法制備了SnO2/石墨烯的復(fù)合材料，隨后對產(chǎn)物進(jìn)行了熱處理及碳包覆改性，利用XRD、SEM、FTIR、拉曼光譜、TEM及HRTEM對其組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并測試了它們的電化學(xué)性能;理論上采用WB

2、方程，通過計(jì)算機(jī)模擬，對GO的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)的還原氧化石墨烯(rGO)的XRD曲線特征進(jìn)行了研究。主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下:
　　1、GO擁有亂層堆垛的層狀結(jié)構(gòu)，且C原子存在較大的熱振動(dòng)位移偏移量，這同其含有的含氧官能團(tuán)和缺陷有關(guān)。含氧官能團(tuán)增加了C原子的振動(dòng)頻率，同石墨(G)相比，GO的FTIR、拉曼光譜中C=C的振動(dòng)頻率出現(xiàn)了藍(lán)移。缺陷減弱了C原子間結(jié)合力，使其易偏離平衡位置，并產(chǎn)生較大的熱振動(dòng)位移偏移量，同時(shí)也造成了GO的熱穩(wěn)定性下降

3、，如本工作中，GO-2同G相比，碳被氧化的起始溫度降低了145.6℃。
　　2、XRD結(jié)果表明，GO的相對氧化程度可根據(jù)(001)衍射峰來表征，當(dāng)(001)晶面間距最大及衍射強(qiáng)度最強(qiáng)（缺陷最少）時(shí)，GO的氧化程度適宜，適合于rGO的制備。在G被氧化為GO過程中，過渡態(tài)GO-1是由層數(shù)不同的亂層石墨納米片和層間距不同、層數(shù)不同的GO納米片組成。
　　3、理論計(jì)算得到的石墨烯的XRD曲線中不存在(002)衍射峰，而實(shí)際上rGO中

4、因存在較大的團(tuán)聚產(chǎn)生了該峰。實(shí)驗(yàn)中rGO的(002)峰位總是靠近但又低于G的，如本工作中，二者相差1.62°，模擬的石墨烯層數(shù)對該峰位影響的結(jié)果表明，這是由層數(shù)較少造成，且理論與實(shí)驗(yàn)的對比結(jié)果表明，rGO主要由3層的石墨烯組成。
　　4、SnO2/rGO復(fù)合材料中，SnO2粒子均勻地分布在rGO表面且被其細(xì)化，在煅燒后的SnO2-rGO-2復(fù)合物中，SnO2晶粒尺寸在5nm左右。C包覆的SnO2/rGO復(fù)合材料中，包覆C以非晶炭的

5、形式均勻地包覆在表面，在TEM觀察到的C-SnO2-rGO-2復(fù)合物中，存在C包覆量少區(qū)和C包覆量多的團(tuán)族區(qū)。電化學(xué)測試表明，rGO的加入顯著地提高了SnO2的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度100mA/g下，rGO含量較高的SnO2-rGO-2復(fù)合物電化學(xué)性能較好，經(jīng)過100次循環(huán)后，充電比容量為791mAh/g，放電比容量為799mAh/g，同SnO2的理論值790mAh/g接近。對rGO含量較低且性能較差的SnO2-rGO-1復(fù)合物進(jìn)行C包