石墨烯薄膜電極的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、孵㈧Y323㈣㈣f掣⑧叫SICH11fAGR裝ICULTU掌RALU天N|VE。$譬1TY碩士學(xué)位論文石墨烯薄膜電極的制備及其電化學(xué)性能研究馬坤指導(dǎo)教師’1’張延宗教授學(xué)科專業(yè)碚宄方向環(huán)境工程環(huán)境材料2017年6月網(wǎng)川農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著人們對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，化石燃料儲(chǔ)存量的降低以及人類活動(dòng)造成的環(huán)境污染加劇，高效清潔的新型能源成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。鋰離子電池具有能量密度高、環(huán)保輕便等優(yōu)點(diǎn)，成為近幾年國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池領(lǐng)域的研究熱

2、點(diǎn)。其中電極材料是影響鋰離子電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素。因此，制備高效的電極材料，提高鋰離子電池的能量密度，功率密度，比容量是當(dāng)前研究的焦點(diǎn)。本文以提高鋰離子電池性能為目的，制備了高性能的石墨烯薄膜電極。本文得到的主要研究結(jié)論如下：(1)采用鹽醇法通過電化學(xué)剝離制備氧化石墨烯。氧化石墨烯表面不平整，片層邊緣更為松散，片層邊緣卷曲也更明顯，這與部分學(xué)者的研究成果是相似的。卷曲結(jié)構(gòu)的形成可能是氧化石墨烯在機(jī)械剝離的時(shí)候，外力作用于氧化石墨烯片

3、層中使平面內(nèi)的力失去平衡，導(dǎo)致了皺褶和卷曲的形成。(2)采用以KOH強(qiáng)堿為還原劑的化學(xué)液相還原法制備高性能的層狀石墨烯。層狀石墨烯具有層狀空隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，比表面積為4283m291。同時(shí)，在氮?dú)馕摳綄?shí)驗(yàn)中得到了層狀石墨烯孔結(jié)構(gòu)非常豐富，具有大量的微孔(12nm)和大孔(80nm)結(jié)構(gòu)。說明通過KOH處理過后，石墨烯出現(xiàn)了孔隙結(jié)構(gòu)，并且這些孔隙結(jié)構(gòu)的距離是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子的半徑的(r(Li)=0076nm)。這種層狀空隙結(jié)構(gòu)有利

4、于鋰電池在充放電過程鋰離子的脫離和嵌入，從而也能增加更多的儲(chǔ)鋰點(diǎn)位，使鋰離子電池具有更高的可逆比容量，更快的充電周期，更多的蓄電力。(3)采用涂布法將石墨烯漿料涂覆在銅箔集流體上制備成石墨烯薄膜電極。將石墨烯活化制備得到的石墨烯取05g溶于10mL去離子水中，采用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲粉碎90min，將活化的石墨烯在溶液中分散均勻。將PVDF和NMP(N甲基吡咯烷酮，不需要升溫的，升溫可能導(dǎo)致NMP揮發(fā))混合均勻，等到PVDF粘結(jié)劑溶解后(

5、大概lh左右即可)即可加入導(dǎo)電劑，等導(dǎo)電劑分散均勻后(1h)再加入超聲粉碎好的石墨烯溶液中。最后加入適量的NMP調(diào)節(jié)粘度到合適范圍，將兩種溶液混合得到漿料備用。銅箔作為負(fù)極集流體材料，首先對(duì)銅箔進(jìn)行預(yù)處理。除去銅箔表面的氧化層，提高銅箔的表面光潔度，增大石墨烯在銅箔表面的附著程度，以及附著穩(wěn)定性。采用涂布法在銅箔上涂覆一層石墨烯薄膜，得到石墨烯膜電極。(4)運(yùn)用BTSDA電池檢測(cè)系統(tǒng)和MetrohmAutolab電化學(xué)工作站對(duì)石墨烯薄膜