碘基复合材料的制备及电化学性能研究.pdf

中文摘要 摘 要 近几年来，碘因为其自身具有的较高的理论比容量、相对较高的工作电压、 以及丰富的储量引起了科研工作者的关注。然而，将碘用作电池的正极材料面临 着碘导电率低且易溶于有机电解液两大缺陷。本文中分别设计了两种不同的碳材 料与碘复合并测试了其电化学性能。 ① 氧化石墨烯/碳纳米管/碘纳米片的制备及电化学性能测试 首先利用液相剥离的方法制备了只有几个原子层厚度的碘纳米，然后与氧化 石墨烯/碳纳米管的碳材料进行复合。通过透射电镜、扫描电镜、X 射线粉末衍射、 X 射线光电子能谱、X 射线能谱分析、原子力显微镜等一系列手段表征了碘纳米 片的成分、厚度、形态。将复合材料用于锂离子电池正极材料，表现出了优异的 的电化学性能。以0.5 A g-1 和2 A g-1 的速率进行充放电，循环1000 次，其比容量 -1 -1 -1 分别为152.7 mAh g 和93.2 mAh g 。该材料有着优异的倍率性能，在高达8 A g 的电流密度下，仍然可以保持着96 mAh g-1 的比容量。取得优异的电化学性能的 原因一是碘纳米片拥有者较高的比表面积，提供了更多的活性位点；二是碘纳米 片缩短了离子的扩散路径，都有助于氧化还原反应的快速进行；三是构建的氧化 石墨烯/碳纳米管的碳材料保证了对碘的有效固定，并且极大的提高了材料的导电 性。 ② 介孔碳/碘的制备以及电化学性能测试 利用“蒸发-冷凝”的方法将碘变成碘蒸气之后，使之在介孔碳的孔洞中凝固， 制备出了介孔碳/碘复合材料。通过扫描电镜、X 射线粉末衍射、X 射线能谱分析 等证明了介孔碳对碘实现了很好的包裹。将介孔碳/碘用作钠电池正极材料测试， 碘表现出了良好的可逆性。循环稳定性的测试中，以200 mA g-1 的电流密度下充 放电，循环500 次之后，其放电容量保持为104.7 mAh g-1 。此外，介孔碳/碘还表 -1 现出了良好的倍率性能，当充放电速率达到1000 mA g 时，仍然能保持着95.2 mAh g-1 的容量。我们将这种优异的电化学性能归结于介孔碳对碘的包裹，介孔碳 本身良好的导电性弥补了碘是绝缘体缺陷，同时介孔碳对碘的包裹有效的抑制了 碘的溶解。 关键词：碘；二维材料；锂电池；钠电池 I 英文摘要 ABSTRACT Iodine has recently attracted significant attention owning to its high energy density, wide abundance and low cost. However, iodine suffers from low electrical conductivity and high solubility in aprotic electrolyte, leading to fast capacity degradation, “shuttle effect” and side reactions. In this paper, we have designed two carbon materials to anchor iodine tested the electrochemical performance in lithium and sodium batteries. ① The fabrication and electrochemical performance of graphene oxid