基於熱應力-超聲輔助的單層石墨製備及其儲鋰機理研究

《基於熱應力-超聲輔助的單層石墨製備及其儲鋰機理研究》是依託西北大學，由任兆玉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於熱應力-超聲輔助的單層石墨製備及其儲鋰機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：任兆玉
• 依託單位：西北大學

項目摘要

尋找高比容量且循環性能優異的碳負極材料是當前鋰離子電池材料研究的中心任務之一。由sp2碳原子緊密排列成的二維蜂窩狀格子的單層石墨片，具有良好的導電性和化學穩定性，很有希望在高容量儲鋰材料方面得到套用。項目通過熱應力-超聲輔助石墨氧化法，研究高產率、面積大小可控的單層石墨製備條件，通過後處理引入特定類型和數目缺陷或者納米粒子來改變單層石墨和石墨層間微觀結構的電子狀態。利用單層石墨大的比表面積和高的電子傳導率，對其儲鋰性能進行研究，以期得到高可逆容量、低不可逆容量的新型改性電極材料。通過對不同樣品（本徵、球磨或者化學刻蝕處理、納米粒子修飾等）的電化學性能對比研究，結合理論計算，探討新型碳材料的儲鋰機理，揭示微結構及缺陷特徵參數與儲鋰容量之間的量化關係，找到提高碳材料可逆循環性能的有效方法，為設計、評估碳材料的電化學性能以及最終製備出嵌鋰性能優異的新型碳材料提供依據。

結題摘要

尋找高比容量且循環性能優異的碳負極材料是當前鋰離子電池材料研究的中心任務之一。由sp2碳原子緊密排列成的二維蜂窩狀格子的石墨烯，具有良好的導電性和化學穩定性，很有希望在高容量儲鋰材料方面得到套用。本項目採用熱應力-超聲輔助石墨氧化法，通過對反應條件的控制，實現了高純度、高比表面積且層數可控石墨烯的化學法製備。利用微、納米的金屬氧化物顆粒對石墨烯進行改性，得到的複合電極材料具有很好的電化學性能，其原因主要是：石墨烯提高了氧化物材料的分散性以及電極材料導電性。利用密度泛函理論，對鋰離子在石墨烯和摻雜石墨烯中的擴散、團簇在石墨烯表面的吸附以及石墨烯量子點的磁性等問題進行了理論計算研究，使我們對石墨烯相關材料的儲鋰機理有了更深入的理解。此外，關於雙層石墨烯納米帶層間滑動對電導性質的研究，理論模擬了雙層石墨烯納米帶在層間構型連續變化時電流的變化，觀察到了電流隨層間構型周期變化而變化的現象。對石墨烯薄膜的光學性質進行了初步的探索研究，發現石墨烯薄膜是很好的超短脈衝雷射器可飽和吸收材料。對乙醇裂解協同產碳納米管和氫氣過程中催化劑的活性進行了研究，實現了對產物品質和成分的調控。對碳納米管多尺度雜化結構的形成機理及其複合材料性能進行了研究，實現了此雜化結構的形貌可控及其複合材料性能的提高和可調。總而言之，本項目不僅圓滿完成既定的石墨烯薄膜的可控制備及其儲鋰機理等研究內容，並且在石墨烯光學性質及相關碳材料研究方面作了一些有益的嘗試，得到了很多有意義的研究成果。