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普魯士藍(lán)及其衍生物的結(jié)構(gòu)調(diào)控及鋰離子電池性能研究

發(fā)布時(shí)間:2017-03-25 21:02

  本文關(guān)鍵詞:普魯士藍(lán)及其衍生物的結(jié)構(gòu)調(diào)控及鋰離子電池性能研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【摘要】:商業(yè)應(yīng)用的鋰離子電池通常使用石墨化碳作為負(fù)極材料。以石墨化碳材料為負(fù)極材料的鋰離子倍率性能低,擴(kuò)散系數(shù)低,理論容量低,不能滿足當(dāng)代對新型儲能電源系統(tǒng)電子設(shè)備的使用需求。為了更高效便捷地使用鋰離子電池作為移動電源,開發(fā)容量高、使用安全、循環(huán)穩(wěn)定性好的可替代鋰離子電池負(fù)極材料成為了目前的研究熱點(diǎn)。MOF材料具有比表面積大、可功能化、化學(xué)穩(wěn)定性較高、電催化性能優(yōu)越、容易制備、成本低等優(yōu)點(diǎn),在眾多領(lǐng)域中MOF材料的應(yīng)用正體現(xiàn)出廣闊的前景。本文考察了溶劑熱方法制備的Co_3[Co(CN)_6]_2以及水熱方法制備的立方體Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2兩種材料,通過X射線粉末衍射、掃描電鏡、透射電鏡、紅外、X射線光電子能譜分析等方式對其結(jié)構(gòu)與物相組成進(jìn)行表征。將其與金屬鋰片組成半電池,測試其在不同條件下電化學(xué)性能。最后通過X射線光電子能譜分析、透射電鏡、紅外、X射線粉末衍射對Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2材料作為負(fù)極材料在鋰離子嵌入和嵌出過程中物相和形貌分析,提出了鋰離子在MOF材料中的嵌入嵌出機(jī)理。主要的研究內(nèi)容如下:(1)采用溶劑熱方法合成了Co_3[Co(CN)_6]_2。以六氰合鈷(Ⅲ)酸鉀為原料,用溶劑熱方法制備了純相Co_3[Co(CN)_6]_2和Co_3[Co(CN)_6]_2與Co(OH)_2的混合物。此制備方法操作簡單,實(shí)驗(yàn)條件可控,通過單一的鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)酸度,采用PVP調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液中表面活性劑量。該材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有比容量高,穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),在100 mA h g~(-1)電流密度下進(jìn)行循環(huán)100圈充放電時(shí),比容量可以達(dá)到640.1 mA h g~(-1)。(2)采用水熱方法合成了立方體Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2與探究了其在鋰電池中鋰離子嵌入嵌出機(jī)理。以六氰合鐵(Ⅱ)酸鉀、六氰合鈷(Ⅲ)酸鉀為原料,用水熱方法制備了Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2材料。其原理是在酸性條件下,以六氰合鐵(Ⅱ)酸鉀和六氰合鈷(Ⅲ)酸鉀為前驅(qū)體,使用聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性劑,在水熱反應(yīng)過程中,隨反應(yīng)溫度的升高六氰合鐵(Ⅱ)酸鉀優(yōu)先反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為Fe4[Fe(CN)_6]_3,溫度繼續(xù)升高后,六氰合鈷(Ⅲ)酸鉀反應(yīng),轉(zhuǎn)化為Co_3[Co(CN)_6]_2,并在Fe_4[Fe(CN)_6]_3外層生長,從而得到具有核殼結(jié)構(gòu)的二元復(fù)合物,保溫后,二元復(fù)合物緩慢刻蝕,最終形成具有內(nèi)部復(fù)雜刻蝕結(jié)構(gòu)的核殼二元復(fù)合物。該材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有容量高,穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),在100 mA g~(-1)電流密度下進(jìn)行循環(huán)100圈充放電時(shí),比容量為783.7mA h g~(-1)。
【關(guān)鍵詞】:鋰離子電池 負(fù)極材料 普魯士藍(lán)及其衍生物 金屬有機(jī)骨架材料 溶劑熱反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】:北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:O611.4;TM912
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 緒論11-23
  • 1.1 本論文研究的目的和意義11-12
  • 1.2 鋰離子電池國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-20
  • 1.2.1 鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展12-13
  • 1.2.2 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展13-15
  • 1.2.3 MOF材料應(yīng)用于鋰離子電池材料的研究進(jìn)展15-20
  • 1.3 選題依據(jù)和研究內(nèi)容20-23
  • 1.3.1 選題依據(jù)20-21
  • 1.3.2 研究內(nèi)容21-23
  • 第2章 Co_3[Co(CN)_6]_2 材料形貌調(diào)控及其鋰離子電池性能探究23-31
  • 2.1 引言23-24
  • 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-25
  • 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器24
  • 2.2.2 Co_3[Co(CN)_6]_2 材料的制備24
  • 2.2.3 Co_3[Co(CN)_6]_2 材料表征24-25
  • 2.2.4 電化學(xué)性能測試25
  • 2.3 結(jié)果與討論25-30
  • 2.3.1 Co_3[Co(CN)_6]_2 材料的形貌調(diào)控25-29
  • 2.3.2 電化學(xué)測試結(jié)果與討論29-30
  • 2.4 本章小結(jié)30-31
  • 第3章 合成立方體 Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2 及其鋰離子電池性能與機(jī)理探究31-50
  • 3.1 引言31
  • 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31-33
  • 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器31-32
  • 3.2.2 材料的制備原理32
  • 3.2.3 材料的制備方法32
  • 3.2.4 材料形貌調(diào)控與表征32-33
  • 3.2.5 電化學(xué)性能測試33
  • 3.3 對比實(shí)驗(yàn)33-34
  • 3.3.1 Fe_4[Fe(CN)_6]_3 材料和Co_3[Co(CN)_6]_2 材料的制備方法33
  • 3.3.2 Fe_4[Fe(CN)_6]_3 材料和Co_3[Co(CN)_6]_2 材料電化學(xué)性能測試33-34
  • 3.4 結(jié)果與討論34-43
  • 3.4.1 立方體Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2 結(jié)構(gòu)分析34-39
  • 3.4.2 立方體Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2 生長過程探究39-41
  • 3.4.3 電化學(xué)測試結(jié)果與討論41-43
  • 3.5 Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2 負(fù)極材料的充放電機(jī)理探討43-48
  • 3.5.1 充放電機(jī)理探究方法43
  • 3.5.2 充放電循環(huán)中電極材料結(jié)構(gòu)與物相組成分析43-48
  • 3.5.3 Fe_4[Fe(CN)_6]_3@Co_3[Co(CN)_6]_2 電極材料的可能充放電機(jī)理48
  • 3.6 本章小結(jié)48-50
  • 結(jié)論50-51
  • 參考文獻(xiàn)51-57
  • 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單57-58
  • 致謝58

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6 李燕京;鋰離子電池國標(biāo)年內(nèi)將出臺[N];中國消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動力鋰離子電池:安全性制約應(yīng)用[N];中國電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國電子報(bào);2004年

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本文編號:267751

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