收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SnO_2/石墨烯包覆棉碳纤维柔性锂离子电池负极材料的研究

张学谦  
【摘要】:锂离子电池具有容量大、工作电压高、自放电率低和绿色环保等特点,在电子产品、通讯设备以及电动汽车领域得到了广泛应用。近年来柔性可穿戴设备发展迅速,但目前锂离子电池电极制备方法无法满足柔性设备对电源可弯折、高容量和工艺简单的要求。针对以上问题,本文提出了一种创新的柔性锂离子电池负极材料制备工艺,利用“浸泡-煅烧”的简单方法,制备以棉碳纤维作为柔性基体复合高容量SnO2的自支撑材料。系统研究了碳源、GO浓度、Sn2+浓度和煅烧温度对材料形貌、成分、结构和电化学性能影响,并解释不同改性方法的作用机制。基于SnO2/石墨烯包覆棉碳纤维,对SnO2进行碳包覆和元素掺杂进一步提高其电化学性能。通过“浸泡-煅烧”的简单步骤,利用棉花和氧化石墨烯制备石墨烯包覆棉碳纤维柔性自支撑材料。该材料具有石墨烯均匀包裹棉碳纤维,并与相邻棉碳纤维连接的结构。作为电极进行测试具有无导电添加剂、无粘结剂和无集流体的特征。与普通棉碳纤维相比,石墨烯包覆棉碳纤维材料的导电性和电化学性能更加优异。随氧化石墨烯浓度增大,材料比容量增大。随煅烧温度升高,材料含氧基团减少,电阻率降低,循环性能提升,但温度过高会造成材料的无序度增大,循环性能降低。通过“浸泡-煅烧”方法,以氧化石墨烯包覆棉纤维和SnCl2为原料,在石墨烯包覆棉碳纤维基体上原位生长SnO2纳米粒子。研究发现加入石墨烯可以有效减小SnO2颗粒尺寸,SnO2以纳米粒子的形式均匀分散在棉碳纤维和石墨烯片层上;随GO浓度增大,SnO2颗粒尺寸减小,SnO2负载量先增大后降低,在浓度为7 mg/m L时达到最大值;随Sn2+浓度增大,SnO2颗粒尺寸增大,当Sn2+浓度达到22.0 mmol/L时,出现大块团聚体;随煅烧温度的升高,材料无序度增大,颗粒尺寸增大,含氧官能团减少,当温度高于600℃时,出现Sn杂质,同时出现大块SnO2团聚体。对SnO2/石墨烯包覆棉碳纤维材料进行工艺优化,揭示影响材料循环性能的因素。研究发GO浓度为7 mg/m L,Sn2+浓度为13.2 mmol/L,煅烧温度为500℃时制备的材料循环性能最优,在50 m A/g电流密度下,经60圈循环可逆容量为488.2 m Ah/g,在100 m A/g电流密度下,经100圈循环可逆容量为378.9 m Ah/g。结果表明石墨烯和SnO2颗粒尺寸是影响电化学性能的关键因素,石墨烯与棉碳纤维之间的孔隙有利于电解液和锂离子的传输,在充放电循环过程中有利于应力的释放,同时纳米化SnO2粒子可提供大量反应活性点,缩短锂离子扩散路径,加快反应速率。同时材料展现出优异的柔性特征,1000次弯折后进行锂电性能测试,容量为弯折前92%。为拓展石墨烯包覆棉碳纤维与其它金属氧化物进行复合,利用“浸泡-煅烧”方法,制备出Mo O2/石墨烯包覆棉碳纤维柔性自支撑材料,在100 m A/g电流密度下,经100圈循环容量为385.6 m Ah/g。为提高材料首次库伦效率,避免SnO2与电解液直接接触,形成稳定SEI膜,减少不可逆反应发生。利用水热法对SnO2粒子进行碳包覆,研究表明碳包覆可以减小SnO2粒子尺寸,提高导电性和保护石墨烯包覆棉碳纤维基体。在100 m A/g电流密度下,首次库伦效率为62.5%(高于CGN/SnO2的46.2%),经200圈循环容量为496.3 m Ah/g。在SnO2/石墨烯包覆棉碳纤维材料基础上,为进一步提升材料循环性能,设计并制备了Fe和Co离子掺杂SnO2材料。研究发现Fe掺杂SnO2/石墨烯包覆棉碳纤维材料,在100 m A/g电流密度下,经200圈循环容量为453.4 m Ah/g。循环性能的提升是因为Fe掺杂可以抑制SnO2晶粒增大,增强结构稳定性,提高材料导电性能,在循环过程中增多反应活性点,提升离子和电子传输速度。同时Fe掺杂会造成SnO2产生更多结构缺陷,异质元素Fe和结构缺陷也可以缓解应力,减小材料体积膨胀,增强循环稳定性。利用相似原理,制备Co掺杂SnO2/石墨烯包覆棉碳纤维材料,材料电化学性能也得到明显提升。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 高唐;;关于石墨烯的化学研究进展分析[J];时代农机;2018年10期
2 ;新研究发现改进石墨烯材料性能的途径[J];分析测试学报;2018年12期
3 杨化喜;张继阳;李红霞;田明;邹华;;石墨烯/橡胶纳米复合材料的国内外现状与研究进展[J];特种橡胶制品;2018年06期
4 霍川;;石墨烯的制备与应用前景[J];西部皮革;2018年22期
5 赵大洲;;石墨烯的制备及功能化研究进展[J];皮革与化工;2018年06期
6 ;半导体所等在多层石墨烯物理性质研究方面取得新进展[J];中国粉体工业;2012年02期
7 钱伯章;;石墨烯材料制备技术及应用研究进展[J];石油和化工节能;2016年01期
8 ;年产100吨石墨烯粉体生产线在常州投运[J];中国粉体工业;2013年06期
9 ;石墨烯标委会拟成立 石墨烯标准化制定企业待定[J];中国粉体工业;2013年06期
10 ;石墨烯行业发展部署启动 鼓励各省成立独立联盟[J];中国粉体工业;2013年06期
11 ;天奈科技开发出碳纳米管与石墨烯复合锂电池助导剂[J];中国粉体工业;2016年03期
12 ;广西大学破解石墨烯制备难题 可大批量生产粉体材料[J];中国粉体工业;2016年03期
13 ;英制出新方法促使石墨烯商业化生产[J];中国粉体工业;2017年01期
14 ;2017全球石墨烯七大趋势[J];中国粉体工业;2017年01期
15 ;德阳将打造“中国西部石墨烯产业先导基地”[J];中国粉体工业;2016年03期
16 ;科学家找到大规模生产纳米石墨烯薄片新方法[J];中国粉体工业;2012年02期
17 ;英国石墨烯相关产业研发呈下降趋势[J];中国粉体工业;2016年03期
18 ;青岛:以标准化为引领 促进石墨烯产业规范发展[J];中国粉体工业;2016年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高超;方波;;石墨烯宏观组装及多功能复合材料[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
2 李永军;杨阳;戴静;黄晓宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制备[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题O:共价骨架高分子与二维高分子[C];2017年
3 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纤维研究进展[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
4 方浩明;白树林;;三维石墨烯填充高导热弹性体[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
5 许亮;邹聪;董鉴锐;张兴权;罗铭;左明明;曹振兴;;氧化石墨烯涂层的制备及其性能表征[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题K:高性能高分子[C];2017年
6 张学薇;徐晨;汪洋;尹少骞;王韫璐;赵沛;王宏涛;;石墨烯转移方法[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(A)[C];2017年
7 汪洋;程昱;王韫璐;张帅;徐晨;张学薇;尹少骞;应林炜;宋也男;李群仰;赵沛;王宏涛;;石墨烯的制备及力学性质研究[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(A)[C];2017年
8 王荧;郭航;李娟;;石墨烯制备及其应用安全[A];《环境工程》2018年全国学术年会论文集(中册)[C];2018年
9 张艾蕊;查鹏飞;王晓康;范冰奇;王梅玲;王海;;微波氧燃烧-高分辨电感耦合等离子体质谱法测定石墨烯中硫[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集-分会场6:无机质谱[C];2017年
10 郭丽;;氧化石墨烯渗透膜的激光改性及其气体分离性能[A];第二届中国氚科学与技术学术交流会论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡新将;磁性耦合氧化石墨烯衍生材料对多元组分中重金属离子的吸附机理研究[D];湖南大学;2015年
2 董雁飞;新型石墨烯太赫兹功能器件研究[D];国防科学技术大学;2016年
3 张利娟;非贵金属纳米电催化剂的制备及性能研究[D];西北工业大学;2017年
4 盛利志;石墨烯基材料多维度结构组装及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
5 尚玉栋;石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备、结构与性能研究[D];西北工业大学;2017年
6 孔维青;多孔碳材料的电容去离子及能量存储研究[D];湖南大学;2018年
7 王宇;多维度金属氧(硫)化物/三维石墨烯复合材料的制备及储锂/钠性能研究[D];北京化工大学;2017年
8 刘桂东;基于超表面的Fano共振及其应用研究[D];湖南大学;2018年
9 罗昕;金属/石墨烯亚波长结构的光传输特性研究[D];湖南大学;2018年
10 曹烈茂;石墨烯/炔电极分子结输运性质的第一性原理研究[D];湖南师范大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马驰;基于固态碳源的CVD法制备石墨烯薄膜研究[D];西北大学;2018年
2 王守龙;管道镍—石墨烯脉冲电沉积复合镀层工艺及性能研究[D];东北石油大学;2018年
3 任壬;金属/功能化石墨烯纳米复合材料的制备,表征和应用[D];兰州大学;2015年
4 包金琳;石墨烯/电介质多层结构中模式耦合与控光特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 李悦;SnO_2量子线/多孔石墨烯复合材料制备及H_2S气敏性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 张宇;石墨烯复合物光电催化行为的研究[D];华北理工大学;2018年
7 沈荣琦;石墨烯修饰的金属表面吸附及润湿特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
8 高玄;石墨烯基复合材料的制备及其对苯酚、铬和铀的吸附性能研究[D];安徽建筑大学;2018年
9 陈友消;石墨烯量子点的可控制备及荧光性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
10 王瑞多;石墨烯微纳光纤复合波导全光调制器件与特性[D];西北大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王彦彬;石墨烯将怎样改变通信?[N];通信产业报;2016年
2 向东;石墨烯材料肩负的战略使命[N];中国工业报;2018年
3 艾班;石墨烯生物材料制备成功[N];中国化工报;2014年
4 记者 姜小毛;首个纯石墨烯粉末产品诞生[N];中国化工报;2013年
5 刘平昌 唐娟;国内首条石墨烯薄膜生产线投产[N];中国化工报;2013年
6 记者 李东周;石墨烯产业技术创新联盟成立[N];中国化工报;2013年
7 特约记者 姚耀富;江苏成立石墨烯产业创新联盟[N];中国化工报;2013年
8 朱永康;全球石墨烯市场高速增长[N];中国化工报;2013年
9 记者 李东周 通讯员 张华生;全球最大规模石墨烯生产线投产[N];中国化工报;2014年
10 郭桦;爱尔兰开发石墨烯生产新方法[N];中国化工报;2014年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978