四氧化三鐵-碳納米管增強石墨烯復合材料鋰電性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有較高的能量密度、充放電速度快、較長的使用壽命和環(huán)境友好性，在電動汽車和便攜式電子設備中有廣泛的應用前景。常用的鋰離子電池負極材料包括碳材料、過渡族金屬氧化物等，碳材料的導電性較好，但比容量較低（372mAh/g），過渡族金屬氧化物則具有較高的比容量，但導電性較差，體積膨脹嚴重。在碳材料中，石墨烯由于具有十分優(yōu)異的導電性、較大的比表面積和快速穩(wěn)定的電子和離子傳導能力，是目前研究的熱點。Fe3O4由于比容量高（926mAh

2、/g）、資源豐富等優(yōu)點，得到了廣泛關注。將二者的優(yōu)勢結合可以得到電化學性能優(yōu)異的鋰電負極材料。
　　本文采用原位合成碳納米管增強石墨烯，克服了傳統(tǒng)化學氣相沉積得到石墨烯含量少、轉移困難、導電性差和力學性能較差等問題，并通過溶劑熱法制備了Fe3O4負載的碳納米管增強石墨烯復合材料作為鋰離子電池負極材料，并研究了原料配比、旋涂參數、煅燒參數對合成碳納米管增強石墨烯的影響以及溶劑熱的溫度和溶劑熱的時間對負載Fe3O4的影響。在此基礎上，

3、將碳納米管增強石墨烯和Fe3O4負載碳納米管增強石墨烯復合材料在銅箔上直接組裝成鋰離子電池負極并進行了電化學性能的測試。
　　研究結果表明，得到的碳納米管增強石墨烯是由單壁碳納米管和石墨烯通過無縫共價連接得到的自支撐薄膜，Fe3O4負載碳納米管增強石墨烯復合材料是在碳納米管增強石墨烯的基底上均勻的負載上了一層粒徑約為200nm的Fe3O4的納米顆粒，同樣具有自支撐薄膜特性。將碳納米管增強石墨烯和Fe3O4負載碳納米管增強石墨烯復合

4、材料作為鋰離子電池負極時，無需導電劑和粘結劑，可以在銅箔上直接組裝成鋰離子電池負極，在100mA/g下循環(huán)100周后，碳納米管增強石墨烯和Fe3O4負載碳納米管增強石墨烯復合材料的容量分別為545mAh/g和1038mAh/g，負載Fe3O4之后的容量提高了近一倍，而在經過10A/g的大電流充放電后，在0.1A/g的電流密度下碳納米管增強石墨烯和Fe3O4負載碳納米管增強石墨烯復合材料的比容量分別保持在482mAh/g和955mAh/g