靜電噴霧技術制備石墨烯復合膜電極及其在儲能器件上的應用.pdf

1、近年來，紅磷作為鋰離子電池與鈉離子電池負極，表現(xiàn)出良好的儲鋰/鈉性能，理論比容量可達2596 mAh g-1，是很有潛力的新型負極材料。但是紅磷不導電，而且作為負極在充放電時會有強烈的體積效應（~300％），對其在相應儲能器件上的應用穩(wěn)定性產生較大的負面影響。石墨烯由于具有良好的導電性被廣泛應用于儲能器件中，顯示了重要的應用前景。本論文在前人基礎上，首次通過靜電噴霧技術和光波還原法制備了石墨烯基紅磷復合膜材料，研究了其在鋰離子電池、鈉離

2、子電池上的應用，期望發(fā)揮該復合材料的協(xié)同效應，進一步提高其性能。另外，本文首次用該技術研究了石墨烯納米帶材料在鋰離子電池上的應用。具體研究內容如下：
　　1、利用靜電噴霧技術制備負載紅磷的氧化石墨烯薄膜并經快速光波還原，得到不同比例的石墨烯基紅磷復合膜材料：20%/ES-RP/rGO、40%/ES-RP/rGO、60%/ES-RP/rGO，通過XRD、FTIR、拉曼光譜、XPS、SEM、TEM等手段進行表征。結果表明，經靜電噴霧技

3、術構建了石墨烯疏松的三維導電結構，紅磷粒子在石墨烯表面均勻分布，顆粒的尺寸較小。
　　2、將石墨烯基紅磷復合膜電極組裝成鋰離子電池，研究了不同的復合比例對其作為負極材料電化學性能的影響。結果表明，RP/rGO復合材料比rGO材料具備更優(yōu)秀的電化學性能，40%/ES-RP/rGO復合膜材料表現(xiàn)最佳。0.37 A g-1電流密度具有2544.4 mAh g-1的首次放電比容量，庫倫效率高達94%。在1 A g-1電流密度下，100次循

4、環(huán)后容量保持率約為95%，即使在10 A g-1大電流密度循環(huán)1000次，比容量仍有540 mAh g-1。不同電流循環(huán)110次，與初始可逆容量相比，容量保持率為84%，展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。
　　3、將石墨烯基紅磷復合膜電極裝配成鈉離子電池，研究了不同比例的復合材料的電化學性能。結果表明，紅磷與 rGO的復合材料大大改善了鈉離子電池的電化學性能。對此三個比例的復合膜材料，40%/ES-RP/rGO電極材料具有更好的

5、電化學性能：在電流密度為0.1 A g-1時，首次放電比容量高至4270.1 mAh g-1，庫倫效率為73%。在1 A g-1電流密度下循環(huán)100圈，比容量依舊可達1154 mAh g-1。而且經過電流密度由小到大（0.5 A g-1-20 A g-1）不間斷循環(huán)90次，容量保持率高達92%。
　　4、采用靜電噴霧技術制備了石墨烯納米帶（ES-GNRs）膜電極材料，研究了其作為鋰離子電池負極的電化學性能。結果表明，ES-GNRs

6、在0.1 A g-1具有3037 mAh g-1的可逆容量，首次庫倫效率為69%，100次循環(huán)后，仍有1717.14 mAh g-1的高比容量。即使在37.2 A g-1大電流密度時，仍有610.5 mAh g-1的高比容量。這些充分說明經靜電噴霧得到的ES-GNRs材料具有優(yōu)越的電化學性能。
　　5、通過靜電噴霧技術直接獲得薄膜電極的制備模式避免了導電劑與粘結劑的加入，同時避免了石墨烯片與片之間的重疊。其結果將為研究開發(fā)新型的儲