三維石墨烯基納米複合材料製備及其儲鋰性能研究

《三維石墨烯基納米複合材料製備及其儲鋰性能研究》是依託昆明理工大學，由廉培超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維石墨烯基納米複合材料製備及其儲鋰性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：廉培超
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

石墨類碳材料是目前套用最為廣泛的鋰離子電池負極材料，但其較低的理論比容量限制了高能鋰離子電池的發展。高容量非碳負極材料可以極大地提高鋰離子電池的能量密度，但其較差的循環性能限制了其套用。石墨烯是新發現的具有高導電性、高比表面積、良好柔韌性等優點的二維納米碳材料，將納米化的非碳負極材料與石墨烯複合有望得到高性能負極材料。本項目擬結合水熱碳包覆和水熱自組裝製備三維石墨烯基納米複合材料，探索石墨烯基納米複合材料製備新方法。通過最佳化石墨烯基納米複合材料的結構，改善其儲鋰性能。項目將圍繞高性能石墨烯基負極材料設計、製備過程中的基礎科學問題開展工作，探討三維石墨烯基納米複合材料形成機理，揭示石墨烯基納米複合材料化學組成及結構形貌對其儲鋰性能的影響規律。研究結果將為鋰離子電池用高性能石墨烯基負極材料的設計與製備提供理論依據，對於提高鋰離子電池的能量密度具有重要意義。

結題摘要

石墨類碳材料是目前套用最為廣泛的鋰離子電池負極材料，但其較低的理論比容量限制了高能鋰離子電池的發展。高容量非碳負極材料可以極大地提高鋰離子電池的能量密度，但其較差的循環性能限制了其套用。石墨烯是新發現的具有高導電性、高比表面積、良好柔韌性等優點的二維納米碳材料，將納米化的非碳負極材料與石墨烯複合有望得到高性能負極材料。本項目結合水熱碳包覆和水熱自組裝製備了三維石墨烯基納米複合材料形成，闡明了三維石墨烯基納米複合材料形成機理——非碳納米顆粒在水熱條件下先包覆上一層含有羥基等含氧官能團的有機物，非碳納米顆粒包覆層上的羥基等含氧官能團與氧化石墨烯上的羧基等含氧官能團在一定的條件下發生脫水反應交聯起來形成了具有三維網路結構的石墨烯基納米複合材料，開發了一種三維石墨烯基納米複合材料製備方法。研究了影響石墨烯基納米材料結構形貌的影響因素及影響機制，闡明了石墨烯基材料的儲鋰性能與其化學組成及結構形貌的關係——通過在非碳納米顆粒表面包覆一層碳可以抑制電解液分解等副反應的發生，因而可以提高材料的循環性能；通過將石墨烯交聯形成多孔的三維網路結構，有利於提高材料的離子和電子傳導性能，從而可以提高材料的比容量和倍率性能，得到了比容量高、循環的性能優異的石墨烯基納米複合材料——製備出的石墨烯基負極材料的儲鋰容量高達1115 mAh g-1 ，恆流充放電循環100次，其比容量幾乎沒有衰減。本項目的研究結果為鋰離子電池用高性能石墨烯基負極材料的設計與製備提供理論依據，對於提高鋰離子電池的能量密度具有重要意義。