可用于锂离子电池的石墨烯基纳米复合物电极材料合成及性能调控研究

It is an important research issue for developing graphene-based nanocomposite electrodes used in lithium ion batteries (LIBs). We will synthesize graphene-based nanocomposites (GBNCs) via inorganic synthesis routes. The microstructrues of the as-synthesized GBNCs will be studied by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, etc., to understand the relationship between microstructure and properties. The conductivity and stability of the as-synthesized GBNCs will be controlled via changing the composition, structure, morphology of inorganic nanoparticles and graphene nanosheets. The main goal of this project is obtaing high performance electrode materials used in LIBs, and providing technical support for improved safety and long life of LIBs.

发展合成高性能锂离子电池用的石墨烯纳米电极材料是一个重要课题。通过无机合成方法，制备性能优异的石墨烯纳米复合物；利用常规的表征手段，如X-射线衍射谱、拉曼光谱、电镜等实验表征手段揭示其结构与性能相关性；通过调控该复合物中石墨烯及其他无机物的组成、结构、形貌，调控其导电性能、结构的稳定性能。旨在获得性能优异的锂离子电池纳米复合电极材料，为提高锂离子电池材料安全性、寿命等电池性能提供技术支持。

摘要：发展合成高性能锂离子电池用的石墨烯纳米电极材料是一个重要课题。通过无机合成方法，制备性能优异的石墨烯纳米复合物；通过调控该复合物中石墨烯及其他无机物的组成、结构、形貌，调控其 导电性能、结构的稳定性能。旨在获得性能优异的锂离子电池纳米复合电极材料，为提高锂离子电池材料安全性、寿命等电池性能提供技术支持。..项目背景：锂离子电池是电能存储的重要器件之一，是当前储能器件研发重点。从锂离子电池大发展过程来看，阳极材料的研究成果对锂离子电池的出现起到关键性作用。在20世纪80年代，人们发现了碳材料可以作为锂离子电池的阳极，这才解决了金属锂电极的安全问题，拉开了碳材料作为锂离子电池负极研究序幕，并真正促使锂离子电池应用成为现实。而石墨烯可利用其二维结构的表面与锂离子结合，获得化学计量为Li2C6石墨插入化合物。最近有文献报道，硅纳米粒子与还原氧化石墨烯混合后作为阳极材料应用于锂离子电池，可在50次循环后获得大于2200mAh/g放电容量，200次后放电容量为1500mAh/g。这是由于单分散硅纳米粒子在复合物中形成了连续的、高度传导的三维网状结构，这种结构对于提高储能容量是非常重要的。.研究内容：围绕通过无机合成方法，合成系列石墨烯基纳米复合物，并研究其在锂离子电池中电化学性能，获得结构与性能之间的关系，调控锂离子电池的性能。.重要结果及关键数据：合成了石墨烯基MnCO3纳米复合物，该纳米结构在作为锂离子电池阳极材料呈现出非常好的电化学性能：100次循环后放电容量为857mAh/g，高于其计算的理论容量（436mAh/g）; 合成了石墨烯基SnS2纳米复合物，该纳米结构作为锂离子电池阳极材料，呈现出首次放电容量为1032 mAh/g，60次循环后放电容量为564 mAh/g，相应于最初放电容量的76.5%。.科学意义：这一研究使得我们拓展了锂离子电池阳极材料的合成路线，获得了一些电化学性能优异的新材料、新结构，较为深入了解了其制备方法、结构与性能相互关系，所得到的石墨烯基纳米复合物电极材料避免电极材料粉碎化问题。