14次 [摘要] 通過Brodie法制備氧化石墨，并將其分別在N2和H2氣氛中熱解，制備熱解氧化石墨;對(duì)比其作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能，表明不同處理過程所得熱解氧化石墨的結(jié)構(gòu)和組成不同，其電化學(xué)性能也有很大差別。 一、引言 在現(xiàn)代化工中，氧化石墨用作耐火材料、 --> [摘要] 通過Brodie法制備氧化石墨，并將其分別在N2和H2氣氛中熱解，制備熱解氧化石墨;對(duì)比其作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能，表明不同處理過程所得熱解氧化石墨的結(jié)構(gòu)和組成不同，其電化學(xué)性能也有很大差別。 一、引言 在現(xiàn)代化工中，氧化石墨用作耐火材料、冶金、熱電工程、化工和其它工業(yè)的具有高膨脹度的膨脹石墨的制備，具有廣泛的應(yīng)用前景。 氧化石墨(graphite oxide, GO)是石墨(graphite, G)經(jīng)深度液相氧化得到的一種層間距遠(yuǎn)大于原石墨的層狀化合物，其層間含有大量的極性基團(tuán)：-C=O，-OH，C-O-C，甚至-COOH等基團(tuán)，這些極性基團(tuán)的存在，使氧化石墨在水溶液中具有良好的層間吸附性。由于極性基團(tuán)的存在，氧化石墨很容易吸收極性小分子而形成氧化石墨嵌入化合物，其層間距離值隨極性分子尺寸的增大而增大，但這類嵌入化合物的穩(wěn)定性較差，同時(shí)也很易脫嵌(deintercalate)，這使得其有作為鋰離子電池負(fù)極材料的嵌入、脫嵌鋰離子的可能性。與石墨不同，氧化石墨在外力，如超聲波的作用下在水中或堿水中可形成穩(wěn)定性較好的氧化石墨膠體或懸浮液，同時(shí)受層間電荷的靜電排斥作用，氧化石墨的片層發(fā)生層-層剝離。從而使得其具有取代石墨作為鋰離子電池負(fù)極材料的優(yōu)越性。 自1859年Brodie首次發(fā)現(xiàn)氧化石墨以來，氧化石墨的合成主要有Brodie法、Hummer囚及電化學(xué)氧化法等。 二、氧化石墨及熱解氧化石墨的電化學(xué)性能測(cè)試 氧化石墨和熱解氧化石墨作為鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能是在以金屬鋰為負(fù)極的扣式CR2032電池中進(jìn)行測(cè)試的。氧化石墨及熱解氧化石墨電極膜的制備是由活性材料氧化石墨、12%的PVDF溶液、1-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP)的混合漿料用流延法在Cu箔上拉膜而成，然后經(jīng)過烘干、沖片即可制成電極片。CR2032電池是在手套箱中完成的，電解液為L(zhǎng)B302(LiPF6溶解在EC與DEC比例為1：1的溶液中)，隔離膜為聚乙烯微孔膜(Celgard 2400)。以0.20mA的電流進(jìn)行恒流充放電，電壓范圍為0～3V。 三、結(jié)果與分析 熱解氧化石墨的還原過程如下：第Ⅰ階段即還原溫度在300～600℃之間時(shí)，主要發(fā)生-C=O基團(tuán)和C-OH基團(tuán)的還原反應(yīng)，氧含量明顯降低，晶體結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)為石墨的晶體結(jié)構(gòu)，第Ⅱ階段即熱解溫度在600～900℃之間時(shí)，隨著還原溫度的進(jìn)一步升高，殘余的C-OH基團(tuán)被還原，氧含量進(jìn)一步降低，晶體結(jié)構(gòu)逐漸偏離石墨的晶體結(jié)構(gòu)。 熱解氧化石墨嵌鋰容量隨溫度變化的原因可能是：石墨被氧化時(shí)，氧原子既可以與石墨層面邊緣上的具有懸空鍵的碳原子反應(yīng)，生成各種含氧官能團(tuán)，也可以通過俘獲石墨層間的π電子而進(jìn)入石墨層間，并與層面上的碳原子形成碳-氧共價(jià)鍵。
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