石墨烯在锂离子电池中的应用

1、石墨烯在锂离子电池中的应用石墨烯在锂离子电池中的应用2022-5-21 学生姓名 贾凯洋 指导教师 杨贵进物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩西北师范大学物理与电子工程学院2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩目目 录录l 选题背景l 石墨烯的制备和性质l 石墨烯在锂离子电池中的应用l 石墨烯在锂离子电池中应用的总结及前景 展望 物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩2022-5-21 选题背景2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩图1 锂离子电池工作原理示意图l 锂离子电池工作原理2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 锂离子电池的应用2022

2、-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩石墨烯的制备和性质图2 电子显微镜下观测的石墨烯片（a）；石墨烯结构示意图（b）2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯的制备 微机械剥离法 利用氧等离子束对高取向热解石墨表面进行刻蚀，然后将其压在氧化硅/硅衬底上，用透明胶带反复胶粘撕裂剥离，将衬底用丙酮超声，就得到了单层的石墨烯。 2. 氧化石墨还原法 将天然鳞片石墨用无极强氧化性酸处理后，再以强氧化剂如KMnO4、 KClO4 等对其氧化，将得到的氧化石墨在溶液中超声剥离，即可形成稳定的石墨烯氧化物的分散液，然后将其还原即可制得石墨烯。3. 化学气象沉积法 将基底置于可

3、分解的碳源气体中，在 N2 或 Ar/H2 保护下，通过高温退火使碳原子沉积在基底上形成石墨烯，再通过化学腐蚀移除基底就得到石墨烯。4. 外延生长法 通过加热 6H-SiC 晶体，在（001）单晶面上生长出石墨烯片层。2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯的性质 理论比表面积高达2600m2/g VS 活性炭8001000m2/g 实测弹性模量为1060GPa 导热系数高达5300 W/（mK） VS 铜400W/mK 良好的结晶性 电子迁移率超过15000cm2/（Vs）VS 硅1400cm2/（Vs ） 半整数的量子霍尔效应 永不消失的电导率 电阻率约10-6 c

4、m 透光率高达98%力学热学电学光学2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能图3 天然石墨(a)和石墨烯(b)电极前3次充放电曲线图4.天然石墨(a)和石墨烯(b)电极循环伏安曲线图5.天然石墨(a)和石墨烯(b)电极的循环性能曲线2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 氮掺杂石墨烯作为锂离子电池负极材料图6 氮掺杂石墨烯的SEM图(a)和TEM图(b)图7 氮掺杂石墨烯电极前3次充放电曲线图8 天然石墨(a)、石墨烯(b)和氮掺杂石墨烯(c)电极循环性能曲线图9 氮掺杂石墨烯电极倍率性能2022-5-21物理与电子工

5、程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯做锂离子电池负极材料的问题 制备过程石墨烯片层极易堆积 石墨烯首次充放电库伦效率低 石墨烯循环性能差 石墨烯的其他问题2022-5-21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯/锰氧化物复合材料图10. 锰氧化物/石墨烯复合电极的循环伏安曲线3MnOX+2xLi+2xe-Mn+xLi2O2C+Li+e-LiC23 高云雷,赵东林沈,曾民锰氧化物/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极的研究功能材料,2012,11(43): 1446-1448图11 锰氧化物/石墨烯复合电极前3次充放电曲线3图12 锰氧化物/石墨烯复合电极循环性能和倍率性能曲线32022-5-

6、21物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩l 石墨烯在锂离子电池正极材料中的应用正极材料复合方法氧化石墨制备方法及还原剂粒径/nm石墨烯含量/%LiFePO4共沉淀法+热处理改进的Hummers法/水合肼约1001.5水热法+热处理改进的Hummers法/H2-8喷雾干燥+热处理改进的Hummers法/热还原25m9Li3V2(PO4)3溶胶-凝胶法改进的Hummers法/抗坏血酸2801.14LiMn1-xFexPO4水解+溶剂热法改进的Hummers法/抗坏血酸长50100；直径2030约20LiMn2O4自组装改进的Hummers法/水合肼约76微波辅助水热法改进的Hummers法/水合肼

7、104027LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2微乳液法+球磨改进的Hummers法/超声分离7011010LiCo0.1Ni0.15Li0.2Mn0.55O2固相法-直径1701800.5V2O5nH2O水热法改进的Hummers法/NaBH4宽度约100178V2O5纳米线水热法声波降解法+热膨胀-389V2O5微球溶剂热法改进的Hummers法/超声分离20080046表1.石墨烯改性正极材料的简要制备方法物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩2022-5-21 石墨烯在锂离子电池中应用的总结首次库仑效率低充放电平台较高提供更多的活性位很高的电导率良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性、很高 的比表面积化学转化的石墨烯具有较大比例的官能团不能替代传统石墨作为负极材料使用非常适合作为复合电极材料的基底缺陷优势致 谢l 特别感谢西北师大物电学院每一位老师在