與傳統(tǒng)的鋰離子電池材料相比,有機(jī)電極材料具有理論比容量高、原料豐富、成本低（不涉及昂貴元素）、設(shè)計(jì)加工簡單和體系安全等優(yōu)點(diǎn),是一類具有廣泛應(yīng)用前景的儲能物質(zhì)。其中有機(jī)羰基化合物作為一類新興的電化學(xué)儲能材料受到人們廣泛關(guān)注。該類材料的典型特征是擁有大的共軛體系,同時(shí)還含有多個(gè)羰基官能團(tuán),從而使該類材料具有結(jié)構(gòu)多樣性、比容量高等優(yōu)點(diǎn),已成為鋰離子電池有機(jī)正極材料的研究熱點(diǎn),有望發(fā)展成為下一代綠色鋰電池有機(jī)電極材料。其中本論文采用理論計(jì)算的方法,研究了柱醌類化合物作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能,并探究了其與不同類型石墨烯的相互作用,獲得了儲鋰性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合物材料,為人們設(shè)計(jì)和尋找新型的多羰基大環(huán)化合物提供了理論指導(dǎo)。本論文工作主要分為以下三個(gè)方面:1)運(yùn)用密度泛函理論（DFT）系統(tǒng)地研究了柱[5]醌分子作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性質(zhì)。優(yōu)化出P5Q分子接受不同電子數(shù)與結(jié)合不同數(shù)量鋰原子后的構(gòu)型。此外,詳細(xì)討論了 P5Q嵌鋰過程的幾何構(gòu)型、熱力學(xué)參數(shù)、電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)、溶劑化效應(yīng)和氧化還原平均電壓。額外電子在P5Qn-陰離子態(tài)中不平均的分布可以減少聚合單元間的排斥作用。理論計(jì)算證實(shí)... 

【文章來源】：揚(yáng)州大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１．?“搖椅式”二次電池工作原理示意圖［１９］??

Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??圖１－１．?“搖椅式”二次電池工作原理示意圖［１９］??鋰離子電池二次電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜以及電解液等部分組成。當(dāng)鋰??離子電池充電時(shí)，鋰離子會從正極材料中脫嵌出來，進(jìn)入電解液穿過隔膜進(jìn)入負(fù)極之中，??負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。在鋰離子向負(fù)極定向移動的過程中，電子從正極經(jīng)過??外電路向負(fù)極移動。當(dāng)鋰離子電池放電時(shí)，嵌入到負(fù)極中的鋰又會失去電子形成鋰離子，??又會重新的嵌入到正極之中，此時(shí)電子從負(fù)極經(jīng)過外電路向正極移動。外電路中電子的遷??移會促使鋰離子電池正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在電池之中。隨??著充放電的不斷循環(huán)，鋰離子在正負(fù)極之間來回穿梭，類似搖椅來回的搖擺，所以鋰離子??電池又稱作“搖椅式電池”（圖ｌ－ｉ）。??１．３鋰離子電池正極材料??正極材料作為鋰離子電池的核心組成部分，一直以來都是人們所關(guān)注的重點(diǎn)，改進(jìn)正??極材料有利于提升鋰離子電池的性能。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：一是與石墨類的負(fù)極材料??

人們的視野中。除此以外，有機(jī)電極材料能夠從生物和植物中獲取具有來源廣以及綠色環(huán)??保的特性，這個(gè)特點(diǎn)滿足了當(dāng)今社會人們對能源的新的要求，例如，從寥科植物虎杖中提??取出的大黃素可以作為正極材料，從其他一些天然植物中提取出腐植酸作為負(fù)極（圖１－２所??示），將他們組裝成鋰離子全電池［２６］，該電池在ｌ〇〇ｍＡ／ｇ電流密度下循環(huán)１００次后容量仍??能保持６０ｍＡｈ／ｇ，并且?guī)靷愋室材鼙３衷冢梗梗?（見圖１－３）。除此之外，該基于生物分子??的鋰離子全電池在工作時(shí)，擁有較高的工作電壓以及能量密度。??３００??１１２０??廣’?＾??￡?２００－＾?■?８０?Ｉ＇??．?□?，?．２??＾?１５０－ｆ?－６０?＾??Ｏ?！？?－Ｉ?Ｃｈａｒｇｅ?＾??ａ?１００－＋?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?．?４｛）?〇??°?＿？？錢－２??ｕ?５０－?－?２０?５??！?〇？?．〇?Ｉ??ｗ?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??Ｃｙｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ??圖１－３．在１００ｍＡ／ｇ電流密度下該全電池循環(huán)１００次時(shí)的容量衰減情況［２６］??在本小節(jié)中，主要對三種類型的有機(jī)正極進(jìn)行介紹，他們是有機(jī)硫化合物、氮氧自由??基化合物和共軛羰基化合物。導(dǎo)電聚合物雖然其發(fā)展較早，但是其整體的性能也較差，目??前也很少再作為鋰離子電池的電極材料，所以本小節(jié)不對其進(jìn)行討論。由于本文主要是對??柱醌類化合物作為鋰離子電池正極材料進(jìn)行研宄

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]π-Li-π作用增強(qiáng)羰基分子在石墨烯上吸附的第一性原理研究（英文）[J]. 王建斌,趙慶,王貴昌,李福軍,陳軍.  Science China Materials. 2017(07)



本文編號：2895632