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随着电动汽车行业的迅速发展,作为动力供给的锂离子电池已经无法满足发展需求,这很大程度上归因于电极材料储锂性能较差。石墨烯作为一种新兴材料,具有高导电性、大比表面积、柔性等优良特性,是锂离子电池负极的理想材料。然而,二维石墨烯片层间极易发生团聚,因而减少了其参与反应的有效面积和活性位点。制备三维石墨烯是解决该问题的有效方法。三维石墨烯普遍具有多孔结构,石墨烯片间不易团聚,并且有利于反应离子的扩散。本文制备出了一种具有表面石墨烯结构的泡沫碳,并且发现材料具有良好的储锂性能。在前躯体制备过程中,通过对传统工艺改进,缩短了泡沫体制备的工艺周期。本文选用聚丙烯腈为溶质,顺丁烯二酸酐为溶剂,通过热诱导相分离先得到固体混合物;随后选择蒸馏水作为萃取剂,除去原溶剂;最后用冷冻干燥的方法除去蒸馏水,得到高孔隙率的聚丙烯腈泡沫。对聚丙烯腈泡沫进行碳化,通过调整碳化工艺,实现了聚合物裂解泡沫碳表面的石墨烯化。本文详细研究了碳化温度,气氛和时间对泡沫碳表面石墨烯结构的影响。研究中发现提高温度,增大氨气流量以及延长碳化时间都可以显著提高材料结晶性;同时,材料表面结构的粗糙度不断提升,泡沫碳表面石墨烯化程度增加;但温度过高,氨气流量过大,碳化时间过长,材料表面会出现明显孔洞结构,材料结构连续性被破坏。通过对结构的优化,可以获得具有高度定向多孔结构的泡沫碳,同时其表面上生长了边缘裸露的,方向垂直于泡沫碳表面的石墨烯片。这种表面石墨烯结构泡沫碳具有氮掺杂(1.51%)和超大比表面积(2149 m2/g)。研究表明,氨刻蚀的工艺可以实现高聚物裂解泡沫碳的表面石墨烯化。对所得材料进行电化学测试,研究了表面石墨烯结构泡沫碳作为锂离子电池负极时的储锂性能。研究发现,随着碳化温度的升高,氨气流量的增加以及碳化时间的延长,锂离子电池的首次不可逆容量和最终可逆比容量都明显增加,而电荷转移电阻不断减小。同时,表面完全石墨烯化的泡沫碳的储锂容量经前十几个循环的衰减后,比容量呈现稳定增长趋势。在充放电容量方面,其在小电流密度下可达到的可逆比容量为2228 m Ah/g(0.1 A/g);在循环稳定性方面,600次循环稳定后的比容量为1840 m Ah/g(1 A/g);在倍率性能方面,在大电流密度下(20 A/g)仍保持着137 m Ah/g的可逆比容量。