摘要
目前在我们日常生活中广泛应用的锂离子电池由于其锂矿资源有限且分布不均，导致其高昂的价格无法满足未来大规模储能的需要，因此研究人员开始着手研究与其性质相似而价格低廉的钠离子电池。钠离子电池中的正极材料几乎可以实现与锂离子电池比拟的容量，而负极却由于钠离子较大的原子半径而一度受限。元素磷由于其高的理论比容量(2595 mAh g-1)而被认为是最有前途的钠离子电池(SIB)负极材料。但元素磷作为负极材料面临着低电导率和循环过程中体积变化大(～400％)的问题，这就导致其实际比容量低且循环性能差。本文制备了具有三维结构的还原氧化石墨烯气凝胶与红磷的纳米复合材料，在改善红磷的导电性的同时提高其对体积形变的耐受力。主要研究内容如下: (1)制备不同还原程度的（还原）氧化石墨烯气凝胶。第一种是通过改进的Hummers法制备的氧化石墨烯气凝胶(GO)，其氧含量为38.6％;第二种是通过一步水热还原法制备的还原氧化石墨烯气凝胶(HrGO)，其氧含量为13.7％;第三种是通过两步还原法，即先水热然后高温热退火的方法制备的还原氧化石墨烯气凝胶(rGO 1000)，氧含量仅为3.2％。 (2)对三组气凝胶进行表征，发现不同的还原程度除了影响其含氧量，还对其电导率，比表面积以及孔径尺寸产生了影响。由XPS，XRD，Raman分析其还原程度，得出结论，还原程度越高，其含氧量越低，电导率越大，比表面积和孔径尺寸也越大。 (3)将上述气凝胶与红磷通过球磨方式制备纳米复合材料作为钠离子电池负极，其优化的质量比为3∶7，氛围为氩气环境，球磨转速为300rpm，时间为15h。上述三组复合材料P/GO，P/HrGO，P/rGO 1000与钠片组装成半电池，对其电池性能进行测试。 (4)随着三组复合材料中GO的还原程度的增加，电池循环性能被逐渐优化。性能最佳的P/rGO 1000复合材料可以实现较高的比容量（100 mA g-1电流密度下为1627.2 mAh g-1），优异的倍率性能（1C时为888.5 mAh g-1）和稳定的循环性能（在780mA g-1的电流密度下300次循环后具有98.7％的容量保持率）。这些优异的电化学性能可能是因为rGO的高电导率，P与rGO之间的紧密化学键合，球磨获得的纳米结构以及黑磷纳米晶的形成的共同作用。
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