石墨烯锂离子电池电极材料的制备与性质的探究.ppt

绪论 石墨烯的结构和性质 石墨烯的制备方法 锂离子电池的简介及工作原理 石墨烯在锂离子电池中的应用 结论 参考文献  锂离子电池的研究始于上世纪80年代,1990年锂离子二次电池首先被日本的Nagoura等人研制成功。同时期,Moli和Sony公司成功研制出了以碳材料为负极的锂离子电池。锂离子电池以石墨作为负极,安全性能提升很大,并且电池充放电实现可逆。意味着碳材料成为锂离子电池负极材料的首选。然而在研制锂离子电池时发现,石墨负极材料的理论容量(372 mAh/g)远远低于原来的金属锂片(3860 mAh/g),极大的降低了电池的比容量。 石墨烯被发现之后,其独特的二维蜂窝状晶体结构决定了石墨烯具有高的比表面积、高的载流子迁移率、高的电导率等特性,在储锂方面有很大的优势,即锂离子在脱嵌过程中可逆性强,降低循环比容量的损耗,大大提高了电池的库伦效率和循环比容量。 石墨烯的制备方法 一：微机械剥离法 二：SiC外延生长法 三：化学气相沉积法 四：氧化还原法 石墨烯的制备方法 ——微机械剥离法 首先利用氧等离子在1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20 μm~2 mm、深5 μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。　　 但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求，只适用于基本的理论研究。 石墨烯的制备方法 ——SiC外延生长法 该方法是在超高真空下加热单晶6H-SiC,硅原子升华,剩余碳原子重组而成石墨烯。具体过程为:首先在高真空和高温下利用氢气刻烛处理SiC样品,除去样品表面的氧化物。然后在超高真空下,温度升至1400 °C左右,保温20min，硅原子升华脱除,剩余的碳原子重组构成石墨烯片层,通过改变加热温度能够可控的制备不同厚度的石墨烯。目前,Berger等人能够可控地制备出单层或是多层石墨烯,此方法制备的石墨烯主要应用于微电子器件领域方面的研究。然而外延生长的石墨烯很难从SiC表面转移到其他基体上，因此，人们在此基础上又用了固相萃取法。 石墨烯的制备方法 ——化学气相沉积法 以Ni、Cu、Ru等过渡金属为催化剂,通入一定的气体,在一定温度下制备单层或多层的石墨烯薄膜。通过控制气体的流量和加热温度能够可控的制备一定厚度的石墨烯薄膜。此方法可以实现大面积石墨炼薄膜的制备,并且可以转移 到特定基片,工艺简单,可操作性强。 石墨烯的制备方法 ——氧化还原法 以天然麟片石墨为原料,利用强氧化剂将层间结构规则、晶格有序的石墨氧化成为层间距离增大且含有大量富氧基团的氧化石墨。再将得到的氧化石墨样品通过干法或湿法还原制备石墨烯粉末此方法操作方便,设备要求低,可以实现大规模和大批量制备,并且工艺易于放大,在锂离子电池、超级电容器等能源器件方面具有非常好的应用前景。 制备方法的总结 优点：可获得高品质石墨烯，成本低。 微机械剥离法 缺点：大小只能靠运气，不适合量产。 优点：可增大石墨烯薄片面积。 SiC外延生长法 缺点：高温工艺，不易进行层控制，SiC基板昂贵。 优点：可增大石墨烯薄片面积。 化学气相沉积法 缺点:高温工艺，转移时可能会出现缺陷。 优点：能降低制备成本，适合涂布型晶体管。 氧化还原法 缺点：很难制备没有晶界的高品质石墨烯薄片。 石墨烯在锂离子电极中的应用 石墨直接作为锂离子电池负极 石墨烯直接作为锂离子电池负极 石墨烯/SiO2等复合材料作为锂离子负极 不同方法制备的石墨烯锂电的性质差异 石墨烯在正极材料中的应用 石墨烯在锂离子电极中的应用前景及缺陷 为什么选择石墨烯？ 可以直接作为锂离子电池的负极 可以用作修饰提高负极的电容量 可以缩短锂离子电池的充电时间和增加锂离子电池的功率密度 不同方法制备的石墨烯锂电的性质差异 ——还原方法的不同 不同方法制备的石墨烯锂电的性质差异