石墨烯(Graphene)是由单一碳原子以sp~2杂化方式和相邻碳原子之间相互连接构成具有六元环状空间结构的蜂窝状二维平面材料,它仅仅只有一个原子的厚度,大约0.34 nm。自石墨烯被发现以来,一直是研究者们的研究热点,因石墨烯电学、光学、热学和力学等有许多突出的性质,使其在电子器件、储能材料、催化、医药和复合材料等诸多领域有着巨大的应用前景。石墨烯空心球具有大比表面积、大孔容、优异的电极导电性和化学稳定性等诸多电化学性能,近年来得到了广泛的研究。其特殊的结构特性使其广泛应用于催化、吸附、锂离子电池和超级电容器等领域。一般情况下,石墨烯空心球的孔径、孔道长度和结构是直接影响其应用的重要因素。例如,大的比表面积在锂离子电池中可以提供许多锂离子插入位置和反应的活性位点;丰富的互连通道有利于锂离子的快速传输;这些因素都会影响材料的电化学性能。人们通过选取不同的碳源或者不同的制备方法合成石墨烯空心球。目前制备石墨烯空心球的主要有模板法、化学气相沉积法、水热法等,但这些方法各有优势和缺陷。因此寻找一种简便快捷、高效可控、低成本和可大规模化石墨烯空心球的制备方法,或者对其原有的方法上进行改进变得迫切需要。本文的主要研究内容为以下几个方面:(1)本文采用St?ber法制备了二氧化硅溶胶模板,采用了碳化包覆法,以实验自制的丙烯腈低聚物(LPAN)为碳源,通过220℃的低温预处理,在800℃的烧结温度下,保温2 h,再经10%的HF洗去二氧化硅模板得到了碳空心球(HCS)。通过控制单一变量法,详细探究了不同LPAN加入量对碳空心球结构的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、全自动比表面和空隙分析仪(BET)、X-射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末分析(XRD)等对碳空心球进行表征分析。然后探究了不同LPAN加入量对碳空心球(HCS)电化学性能的影响。研究表明,加入LPAN量为30%的条件下制备碳空心球(HCS)的形貌结构是最好,电化学性能也是最优的,在0.1C和1C电流密度下,100圈循环后放电比容量分别达到550 mAh/g、510 mAh/g。(2)以上述最佳条件下制备的碳空心球(HCS)为原料,对其进行再次高温烧结处理得到了石墨烯空心球(HGS)。通过控制单一变量法,分探究了二次烧结温度和保温时长对石墨烯空心球结构的影响。并对最佳烧结温度和最佳保温时长下制备的石墨烯空心球(HGS)进行了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、全自动比表面和空隙分析仪(BET)、X-射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末分析(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)等对石墨烯空心球进行表征分析。然后对石墨烯空心球进行了电化学性能的研究。结果表明,在2800℃的终烧温度时,保温时长为6h时,制备的石墨烯空心球的质量是最好的,电化学性能也是最优的,在0.1C和1C电流密度下,100圈循环后放电比容量分别达到725 mAh/g、620 mAh/g。(3)分别将最佳条件下制备的碳空心球(HCS)和石墨烯空心球(HGS)直接作为锂离子电池负极活性材料,组装扣式电池,进行了电化学性能测试、循环伏安和交流阻抗的测试。实验结果表明,相比碳空心球(HCS)材料,石墨烯空心球(HGS)拥有更高的比容量和首次库伦效率,即石墨烯空心球(HGS)具有更优异的电化学性能。