石墨烯的量产工艺研究及其在锂硫电池中的应用

摘要

石墨烯是由单层碳原子组成的二维蜂窝状结构，具有高比表面、高电导率和高稳定性等特点，在分散和利用纳米活性材料中起着重要的作用，是二维纳米材料的典型代表。石墨烯在开发新型功能性复合材料用于高比能、高比功率的新型化学电源体系（例如锂硫电池）中发挥重要的作用。本文围绕氧化石墨烯和石墨烯的制备，以及石墨烯在锂硫电池中的应用展开研究，主要内容如下:
　　1.氧化石墨烯制备。对传统Modified Hummers处理膨胀石墨的工艺进行改进，提高单层氧化石墨烯的剥离效率和产量，并简化工艺步骤，缩短工艺流程。该工艺初步实现量化生产氧化石墨烯，所制备的氧化石墨烯为单层材料，厚度为0.6～0.8nm左右，尺寸在几微米到十几微米不等，且所含杂质较少。
　　2.还原石墨烯的制备方法研究。使用碱性条件下水热还原法将GO还原为RGO，并考察了表面活性剂SDBS和P123的加入对产物形貌的影响。另一方面，使用电化学还原的方法制备还原石墨烯，使其电导率得到极大改善。针对单层石墨烯的团聚问题，开发出热还原工艺阻止其团聚的处理技术，具有工序简单，成本低，耗时短等优点，较适用于大规模合成石墨烯。而获得的石墨烯尺寸大，还原程度高（表面含氧量少），质量高（表面缺陷少，有序程度高），是一种三维的导电骨架结构。
　　3.石墨烯-硫复合材料合成及其电化学性能研究。通过溶剂交换法将活性物质硫沉积于水热还原制备的石墨烯表面，并考察了表面活性剂（SDBS和P123）对复合材料形貌的影响，并表征其电化学性能。同时使用新型热还原工艺制备的石墨烯粉末(MG)材料作为导电骨架，通过热复合工艺得到MG-S复合材料。由于热还原的石墨烯具有还原程度高，石墨烯有序度高，单层分散性好的优点，从而使得MG-S复合材料具有极佳的倍率性能和循环稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 石墨烯的性质及其在电化学储能器件的应用

1．2 石墨烯合成

1．2．1 机械剥离法

1．2．2 化学法制备石墨烯

1．2．3 化学气相沉积法

1．3 石墨烯在锂硫电池体系中的应用

1．4 本文的研究目的和研究内容

参考文献

第二章 实验原理和方法

2．1 实验所用试剂与材料

2．1．1 实验所用试剂清单

2．1．2 实验所用材料清单

2．2 材料表征方法和技术

2．2．1 热分析技术

2．2．2 X-射线粉末衍射技术

2．2．3 吸脱附法测试比表面积和孔结构

2．2．4 扫描电子显微镜

2．2．5 透射电子显微镜

2．2．5 X射线光电子能谱

2．2．6 原子力显微镜技术

2．2．7 拉曼测试

2．3 电化学方法原理与实验

2．3．1 实验电池制备

2．3．2 恒流充放电测试

2．3．3 循环伏安法

2．3．4 电化学交流阻抗法

参考文献

第三章 氧化石墨烯的制备及还原

3．1 氧化石墨烯的制备和表征

3．1．1 氧化石墨烯的制备

3．1．2 氧化石墨烯表征

3．1．3 本节小结

3．2 氧化石墨烯的还原和表征

3．2．1 水热还原法制各石墨烯

3．2．2 电化学还原氧化石墨烯

3．2．3 高温热还原法制备石墨烯

3．4 本章结论

参考文献

第四章 石墨烯-硫复合材料性能研究

4．1 水热还原石墨烯-硫复合材料性能研究

4．1．1 SGNS复合材料的制备和性能研究

4．1．2 SGNS-P123复合材料的制备和性能研究

4．1．3 本节小结

4．2 热还原石墨烯-硫复合材料性能研究

4．2．1 热还原石墨烯-硫复合材料制备

4．2．2 MG-S复合材料的表征和测试

4．2．3 本节小结

4．3 本章结论

总结与展望

本文主要结论

后续研究方向

发表论文及成果

致谢