热门关键词：
热门关键词：
2004年，Geim等使用将胶带粘在一块石墨上然后再撕下来的简单方法，首次制备并观察到单层石墨烯，掀起了石墨烯材料的研究热潮。石墨烯具有理想的单原子层二维晶体结构，由六边形晶格组成，这种特殊的结构赋予了石墨烯材料独特的热学、力学和电学性能。目前，已经有研究尝试将石墨烯应用于锂离子电池电极材料、超级电容器、太阳能电池电极材料、储氢材料、传感器、光学材料、药物载体等方面，展示了石墨烯材料广阔的应用前景。石墨烯材料的制备方法较多，包括机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。
锂离子电池具有工作电压高、重量轻、能量密度大、循环寿命长等优点，是移动电子设备、电动汽车等产业的理想电源。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨化的碳材料，而石墨烯正是一类性能良好的新型碳材料。石墨烯具有比表面积大、导电性好、机械强度高等优点，有利于提高锂离子电池的储锂性能。研究表明，单纯的石墨烯纳米片材料具有
良好的储锂性能。同时，石墨烯还可作为基体，通过负载金属或者金属氧化物，得到性能优越的复合电极材料。
日常使用的铅笔笔芯就是由石墨制成的，而石墨由无数片只有碳原子厚度“石墨烯”薄片组成。当使用铅笔书写或者涂抹时，层状石墨层容易被剥离，形成石墨薄片，这些石墨薄片中存在很多石墨烯纳米片。本研究通过铅笔在铜片上涂抹的方法制备石墨片材料。该方法属于物理剥离法，方法简便新颖，具有一定的创新性。并且将涂抹制备的石墨片材料作为锂离子电池负极材料进行电化学测试，初步研究其储锂性能。
1. 实验过程
1.1 石墨片的制备和表征
本研究通过涂抹制备石墨纳米片。将商业6B石墨铅笔在经预处理的铜片表面均匀涂抹，使铜片表面覆盖一层黑色固体材料，该材料即为石墨纳米片，前后铜片的重量差即为电极材料重量。另外，截取少量6B铅笔的笔芯置于玛瑙碾钵中，手工碾磨成粉末状铅笔芯石墨材料，作为对比物。对上述制备的材料进行X-射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜测试，来表征材料的结构和形貌特征。
1.2 材料的电化学测试
将覆盖石墨片材料的铜片（无需添加导电剂和粘结剂）直接做为锂离子电池的负极，以金属锂片为对电极和参比电极，以Celgard 2400多孔聚丙烯膜为隔膜，以1mol/L的LiPF6为电解液，其中电解液溶剂为碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，DEC）和碳酸二乙酯（diethyl carbonate， DEC）的混合溶剂（EC和DEC的质量比为1：1）。在手套箱中装配成电池后，在电池测试仪（武汉金诺，Land CT2001A）上进行恒电流充放电测试，电压窗口设为5mV～3V，电流密度为0.1C（1C＝372Ma/g）。将碾磨制备的铅笔芯石墨材料与粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按90:10的质量比混合，搅拌均匀后涂抹于铜片上，将此作为锂离子电池的负极。在手套箱中装配成电池后，在相同条件下进行电化学储锂性能测试。
2. 结束语
本研究以商业6B石墨铅笔的笔芯为原料，通过简单涂抹的方法成功制备石墨纳米片材料，并初步研究了其储锂性能。涂抹制备的石墨片材料经过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征，证明材料具有二维纳米片状结构。在0.1C（1C=372mA/g）的电流密度下，对铅笔涂抹制备的石墨片材料和铅笔芯直接碾磨制备的石墨材料同时进行电化学性能测试。结果发现，石墨片材料的首次可逆重量比容量为402mA·h/g，高于石墨材料的可逆重量比容量（307mA·h/g）和碳材料的理论比容量（372mA·h/g）．电化学测试结果表明，石墨片和石墨材料都具有较好的循环稳定性，且前者的比容量明显高于后者。石墨片材料具有二维片状纳米结构，嵌锂反应可发生在石墨纳米片的正反两面和侧面。同时因为石墨片还具有导电性好、锂离子的扩散路径较短等特点，所以石墨片材料具有较好的储锂性能。
