1. 研究目的与意义（文献综述）

在当今社会中,随着5G商用的推进、各种电子便携式设备的飞速发展以及电动汽车( HV) 和混合动力汽车( HEV) 对于二次电池的需求量越来越大,性能要求也越来越高。巨大的社会需求持续推动着高性能锂电池材料的研究和开发。传统电池的能量密度已经难以满足人们日益增长的需求，发展新型、高能量密度储锂器件已经是大势所趋，因此对储锂材料的研发具有十分重要的意义。

商用锂离子电池（LIBs）最初由日本索尼公司，在20多年前开发，使用层状化合物，钴酸锂（LiCoO₂）作为阴极（正极），石墨（C）作为阳极 （负极）材料，非水Li离子传导介质作为电解质。显然，LIB阴极不仅必须含有Li，还必须含有化合物或复合物形式的过渡金属。LIB重量轻，工作电压约为3.6 V，单电池（电池）的可交付容量范围为700至2400mA·h，广泛应用于手机，笔记本电脑等现有的便携式电子产品，在医疗行业中用于除颤器，心脏起搏器等，以及用于存储光伏产生的直流电的航空航天工业。 LIB通常以0.2-1C的电流速率充电和放电，这意味着电池的全部容量分别在5-1h内存储或使用。 LIB的通常操作温度（T）范围是15-60℃。在T lt;15℃时，容量变低，而在Tgt; 60℃时，电极/电解质材料的缓慢降解在一段时间内凝固。由于在能源领域的整体情况下处理能量储存方面的主题的重要性，并且全球大量研究小组在LIB领域工作，因此已有五个相关期刊定期出版，大量的评论文章也已经发表。为了满足高性能锂电池标准，科研人员已经并且正在全世界范围内进行研究以寻找基于廉价且环境友好的化合物的替代电极材料，其可以在不同于Li嵌入 - 脱嵌反应的原理上起作用。

金属锂的比容量为3860mAh/g，电化学势为-3.04V(vs标准氢电极)，是一种非常理想的锂电池负极材料，然而，在循环过程中，由于局部极化的因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，引发安全问题。尽管进行了广泛的研究，但有效抑制Li枝晶生长的改进仍导致Li负载和Li利用率降低。结果，如果考虑电极的总质量，实际容量通常低于预期值。多孔碳具有高的比表面积，石墨烯具有优异的导电性，作为锂金属载体时可以有效抑制锂金属的体积膨胀，同时，引入金属如Au，可以有效降低Li在负极的成核过电势从而让金属锂选择性地更均匀成核在材料内部，进而抑制锂枝晶的生成，提高金属锂负极的循环稳定性和安全性。除此之外，自支撑材料可以更方便地投入实际生产应用。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以fe、ni、sn为掺杂金属元素，制备硅烷水解产物和石墨烯复合材料；通过水热法将三者复合；

材料表征：对复合材料进行结构表征和电化学性能测试，通过xrd、bet、tem、sem等表征手段对其形貌结构及元素构成进行分析，并采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行系统评估。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案实现至少一种金属掺杂石墨烯复合多孔碳材料的构筑。

第9-12周：对设计出的结构进行相应的结构表征和电化学分析，测试电化学性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] sun x, bonnick p,duffort v, et al. a high capacity thiospinel cathode for mg batteries[j]. energyamp; environmental science, 2016, 9(7): 2273-2277.

[2] peng l, zhu y,peng x, et al. effective interlayer engineering of two-dimensional vopo₄ nanosheetsvia controlled organic intercalation for improving alkali ion storage[j]. nanoletters, 2017, 17(10): 6273-6279.

[3] yoo h d, liang y,dong h, et al. fast kinetics of magnesium monochloride cations ininterlayer-expanded titanium disulfide for magnesium rechargeablebatteries[j]. nature communications, 2017, 8(1): 339.