论文部分内容阅读
石墨烯是一种单原子厚度的柔性二维平面结构材料,具有导电导热性好、韧度大、物理化学性质稳定的优点,是很多固液功能组分理想的载体。其组装成石墨烯宏观体不但继承了单个石墨烯纳米片优良理化性质,而且其微观结构可调、宏观形态可控,因此在锂离子电池研究领域拥有广阔的应用前景。本文将改进的Hummers法所制出的氧化石墨烯（GO）作为前驱体,采用水热法合成孔隙可调的三维石墨烯宏观体（GM）和石墨烯/硫宏观体（GM-S）,将GM和GM-S应用于锂离子电池考察其电化学性能。主要成果如下:1、以中性GO为原料,利用水热反应协同室温蒸发干燥和冰箱冷冻相结合的方法制备出孔径可调的GM,并表现了良好的锂电性能。此部分结论如下:（1）室温干燥的时间影响GM片层间距,对其本身结构不产生影响;（2）室温干燥一段时间后的GM放入冰箱冷冻,再进行室温干燥时其体积不再缩小。故可以采用“室温干燥协同冰箱冷冻”策略制备不同大小的GM,无需使用冷冻干燥机。此过程具有操作简单、造价低廉的优点;（3）GM具有良好的锂离子电池性能,孔径大小影响GM的锂电池性能。结果表明,室温干燥3h后再经过冰箱冷冻和室温干燥所获得的GM宏观体（GM-3h）表现出较高的倍率性能及较长的循环稳定性,在电流密度为0.5 A g-1下经100次循环后,其比容量从689 mAh g-1逐渐降低到504 mAh g-1,保持率为73.1%,在0.1 A g-1电流密度下其倍率性能可达1039 mAh g-1。各样品产生的可逆容量和循环稳定性规律如下:GM-3h>GM-9h>GM-D>GM-FD。（D-直接干燥、FD-冷冻干燥）2、以GO作碳前驱体,用H2S作为硫源,用H2O2作为绿色氧化剂,将H2S氧化成单质硫,利用GO表面的含氧官能团提升硫单质在GO上的分散程度和减小硫粒子的大小,在水热条件下制备硫含量可控的石墨烯/硫宏观体。其中,制备石墨烯/硫宏观体过程中的硫含量被H2O2加入的多少所调控,可以实现GM-S的硫含量在64%-84%范围内的调变。该方法可吸收大量的H2S生成GS-S的同时,不产生任何污染物,解决H2S排放过程中的污染问题,实现了废物的高附加值利用,是一种典型的绿色制备石墨烯/硫复合物的新方法。所制备的石墨烯/硫宏观体具有良好的电化学储锂性能。结果表明:随着硫含量的提高,GM-S的储锂性能先增加后减小,硫含量为70 wt.%的GM-S样品（GM-S-70）的电化学性能最佳,其顺序为:GM-S-70>GM-S-64>GM-S-84。GM-S-70在0.2 A g-1的电流密度下放电容量可达875 mAh g-1,相应充电容量为862.5 mAh g-1。经计算获得98.57%的库伦效率。当电流密度为0.1 A g-1时,其放电比容量可达到1290 mAh g-1,当电流密度分别递增到0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 A g-1时,精确读取倍率曲线后发现,对应比容量是1263、623、376、325、211、158、482 mAh g-1。可以发现,在经过5.0 A g-1充放电后,再降到小电流密度0.5A g-1,电容量可达482 mAh g-1,表现出GM-S-70样品良好的电化学倍率性能。