石墨烯在鋰離子電池中的應用學習教案

1、會計學1石墨烯在鋰離子電池石墨烯在鋰離子電池(dinch)中的應用中的應用第一頁，共15頁。2021-12-18目目 錄錄l 選題背景(bijng)l 石墨烯的制備和性質l 石墨烯在鋰離子電池中的應用l 石墨烯在鋰離子電池中應用的總結及前景l(fā) 展望 第1頁/共15頁第二頁，共15頁。物理與電子(dinz)工程學院本科生畢業(yè)論文答辯2021-12-18石墨烯因其優(yōu)異的性能在鋰離子電池電極材石墨烯因其優(yōu)異的性能在鋰離子電池電極材料的選擇中被廣泛關注料的選擇中被廣泛關注尋找新型電極材料是解決目前所遇到的問題尋找新型電極材料是解決目前所遇到的問題的基本途徑之一的基本途徑之一現(xiàn)階段發(fā)展混合動力汽車或純電

2、動汽車用動力電現(xiàn)階段發(fā)展混合動力汽車或純電動汽車用動力電池以及清潔能源存儲用儲能電池，對鋰離子電池池以及清潔能源存儲用儲能電池，對鋰離子電池提出了更高的要求。提出了更高的要求。1991年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池，已已廣泛應廣泛應應用于各式電子設備中應用于各式電子設備中 一次電池含有重金屬鎘、鉛、汞、鎳、鋅、一次電池含有重金屬鎘、鉛、汞、鎳、鋅、錳及廢酸、廢堿等許多有害物質，嚴重污染錳及廢酸、廢堿等許多有害物質，嚴重污染環(huán)境環(huán)境 選題(xun t)背景第2頁/共15頁第三頁，共15頁。2021-12-18圖1 鋰離子電池工作(gngzu)原理示意圖l 鋰離子

3、電池工作(gngzu)原理第3頁/共15頁第四頁，共15頁。2021-12-18電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應l 鋰離子電池(dinch)的應用第4頁/共15頁第五頁，共15頁。2021-12-18石墨(shm)烯的制備和性質圖2 電子顯微鏡下觀測(gunc)的石墨烯片（a）；石墨烯結構示意圖（b）第5頁/共15頁第六頁，共15頁。2021-12-18l 石墨(shm)烯的制備1. 微機械剝離法2. 利用(lyng)氧等離子束對高取向熱解石墨表面進行刻蝕，然后將其壓在氧3. 化硅/硅襯底上，用透明膠帶反復膠粘撕裂剝離，將襯底用丙酮超聲，就4. 得到了單層的石墨烯。 5.

4、2. 氧化石墨還原法6. 將天然鱗片石墨用無極強氧化性酸處理后，再以強氧化劑如KMnO4、 7. KClO4 等對其氧化，將得到的氧化石墨在溶液中超聲剝離，即可形成穩(wěn)定8. 的石墨烯氧化物的分散液，然后將其還原即可制得石墨烯。9. 3. 化學氣象沉積法10. 將基底置于可分解的碳源氣體中，在 N2 或 Ar/H2 保護下，通過高溫11.退火使碳原子沉積在基底上形成石墨烯，再通過化學腐蝕移除基底就得12.到石墨烯。13.4. 外延生長法14. 通過加熱 6H-SiC 晶體，在（001）單晶面上生長出石墨烯片層。第6頁/共15頁第七頁，共15頁。2021-12-18l 石墨(shm)烯的性質 理論

5、比表面積高達2600m2/g VS 活性炭8001000m2/g 實測彈性模量為1060GPa 導熱系數(shù)高達5300 W/（mK） VS 銅400W/mK 良好的結晶性 電子遷移率超過15000cm2/（Vs）VS 硅1400cm2/（Vs ） 半整數(shù)的量子霍爾效應 永不消失的電導率 電阻率約10-6 cm 透光率高達98%力學熱學電學光學第7頁/共15頁第八頁，共15頁。2021-12-18l 石墨烯作為鋰離子電池負極(fj)材料的電化學性能圖3 天然石墨(a)和石墨烯(b)電極(dinj)前3次充放電曲線圖4.天然石墨(a)和石墨烯(b)電極循環(huán)(xnhun)伏安曲線圖5.天然石墨(a)和

6、石墨烯(b)電極的循環(huán)性能曲線第8頁/共15頁第九頁，共15頁。2021-12-18l 氮摻雜石墨(shm)烯作為鋰離子電池負極材料圖6 氮摻雜(chn z)石墨烯的SEM圖(a)和TEM圖(b)圖7 氮摻雜石墨烯電極(dinj)前3次充放電曲線圖8 天然石墨(a)、石墨烯(b)和氮摻雜石墨烯(c)電極循環(huán)性能曲線圖9 氮摻雜石墨烯電極倍率性能第9頁/共15頁第十頁，共15頁。2021-12-18l 石墨烯做鋰離子電池(dinch)負極材料的問題 制備過程(guchng)石墨烯片層極易堆積 石墨烯首次充放電庫倫效率低 石墨烯循環(huán)性能差 石墨烯的其他問題第10頁/共15頁第十一頁，共15頁。20

7、21-12-18l 石墨(shm)烯/錳氧化物復合材料圖10. 錳氧化物/石墨烯復合(fh)電極的循環(huán)伏安曲線3MnOX+2xLi+2xe-Mn+xLi2O2C+Li+e-LiC23 高云雷,趙東林沈,曾民錳氧化物/石墨(shm)烯復合材料作為鋰離子電池負極的研究功能材料,2012,11(43): 1446-1448圖11 錳氧化物/石墨烯復合電極前3次充放電曲線3圖12 錳氧化物/石墨烯復合電極循環(huán)性能和倍率性能曲線3第11頁/共15頁第十二頁，共15頁。2021-12-18l 石墨(shm)烯在鋰離子電池正極材料中的應用正極材料復合方法氧化石墨制備方法及還原劑粒徑/nm石墨烯含量/%LiF

8、ePO4共沉淀法+熱處理改進的Hummers法/水合肼約1001.5水熱法+熱處理改進的Hummers法/H2-8噴霧干燥+熱處理改進的Hummers法/熱還原25m9Li3V2(PO4)3溶膠-凝膠法改進的Hummers法/抗壞血酸2801.14LiMn1-xFexPO4水解+溶劑熱法改進的Hummers法/抗壞血酸長50100；直徑2030約20LiMn2O4自組裝改進的Hummers法/水合肼約76微波輔助水熱法改進的Hummers法/水合肼104027LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2微乳液法+球磨改進的Hummers法/超聲分離7011010LiCo0.1Ni0.15Li0.2M

9、n0.55O2固相法-直徑1701800.5V2O5nH2O水熱法改進的Hummers法/NaBH4寬度約100178V2O5納米線水熱法聲波降解法+熱膨脹-389V2O5微球溶劑熱法改進的Hummers法/超聲分離20080046表1.石墨烯改性正極材料的簡要制備(zhbi)方法第12頁/共15頁第十三頁，共15頁。物理與電子(dinz)工程學院本科生畢業(yè)論文答辯2021-12-18 石墨烯在鋰離子電池中應用(yngyng)的總結首次(shu c)庫侖效率低充放電平臺較高提供更多的活性位很高的電導率良好的機械強度、柔韌性、化學穩(wěn)定性、很高 的比表面積化學轉化的石墨烯具有較大比例的官能團不能替代傳統(tǒng)石墨作為負極材料使用非常適合作為復合電極材料的基底缺陷優(yōu)勢第13頁/共15頁第十四頁，共15頁。致 謝l 特別感謝西北師大物電學院每一位老師在我大