本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池有機(jī)負(fù)極材料堿土金屬對苯二甲酸鹽的研究

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【摘要】：有機(jī)共軛羰基化合物因其具有理論比容量高、較高的放電電壓平臺(0.8 V vs.Li+/Li)、成本低、結(jié)構(gòu)多樣性、原料豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)與當(dāng)今社會提出的可持續(xù)發(fā)展理念相吻合,已成為鋰離子電池電極材料的研究熱點(diǎn)。該類電極材料在有機(jī)電解液中存在一定溶解度、導(dǎo)電性差等原因?qū)е缕浔堵市阅芘c循環(huán)性能差。本論文綜述了課題研究背景、鋰離子電池工作原理與特點(diǎn)、鋰離子電池電極材料的研究進(jìn)展、對苯二甲酸鹽的脫嵌鋰機(jī)制,研究了利用金屬陽離子置換反應(yīng)將羰基化合物轉(zhuǎn)變成具有晶體結(jié)構(gòu)的堿土金屬有機(jī)鹽,并根據(jù)其性能劣勢進(jìn)行了改性,主要內(nèi)容包括如下:(1)以對苯二甲酸鋰的研究為基礎(chǔ),利用陽離子置換反應(yīng)制備了堿土金屬對苯二甲酸鹽:對苯二甲酸鈣、對苯二甲酸鍶、對苯二甲酸鋇,并對三種電極材料的性能進(jìn)行了研究,討論了同主族相鄰的三種金屬陽離子(Ca2+,Sr2+,Ba2+)對電極材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、熱穩(wěn)定性、電解液中的穩(wěn)定性以及脫嵌鋰過程中表現(xiàn)出的電化學(xué)性能的影響,從而得到堿土金屬陽離子影響對苯二甲酸酸根陰離子的脫嵌鋰行為的規(guī)律。(2)以對苯二甲酸鈣(CaTPA)及其三水合物(CaTPA·3H2O)為例研究了結(jié)晶水對對苯二甲酸鹽性能的影響,探討結(jié)晶水對對苯二甲酸鹽的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、儲鋰機(jī)制以及電化學(xué)性能等的影響。研究證明結(jié)晶水的存在不僅誘導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,也使得有機(jī)分子鹽內(nèi)部的化學(xué)鍵趨于協(xié)調(diào),最終導(dǎo)致對苯二甲酸鈣及其三水合物在循環(huán)性能、倍率性能等電化學(xué)性能上存在差異。(3)研究了以物理復(fù)合的方式通過高能球磨制備了對苯二甲酸鈣與石墨的復(fù)合電極材料,討論了不同含量的石墨對提高電池容量,電極活性物質(zhì)的導(dǎo)電性以及復(fù)合材料電化學(xué)等性能的重要作用。球磨不僅減小了復(fù)合材料的顆粒尺寸,還使得石墨在其中分散均勻。導(dǎo)電石墨的增加不僅提高了對苯二甲酸鈣的導(dǎo)電性、比容量,還減緩了其在電解液中的溶解度,使得質(zhì)量比為100:10對苯二甲酸鈣與石墨的復(fù)合電極材料的比容量在0.1 C時高達(dá)233 mAh/g,具有最小的電化學(xué)極化和電荷交換轉(zhuǎn)移電阻以及優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)性能。(4)研究了對苯二甲酸鈣/碳復(fù)合材料的制備方法以及電化學(xué)性能。通過水熱反應(yīng),低溫分解有機(jī)葡萄糖,在對苯二甲酸鈣表面均勻預(yù)包覆一薄層碳?xì)浠衔?然后通過低溫退火得到三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳包覆的對苯二甲酸鈣,優(yōu)化了對苯二甲酸鈣的電子導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。結(jié)果表明包覆層不僅有效抑制了活性物質(zhì)在電解液中的溶解度,且提高了電極的導(dǎo)電性,確保改善電極的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：對苯二甲酸鈣 羰基化合物 鋰離子電池 堿土金屬有機(jī)電極 碳包覆
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究工作的背景與意義12
• 1.2 鋰離子電池工作原理與特點(diǎn)12-13
• 1.2.1 鋰離子電池工作原理12-13
• 1.2.2 鋰離子電池特點(diǎn)13
• 1.3 鋰離子電池電極材料13-23
• 1.3.1 無機(jī)電極材料研究進(jìn)展13-16
• 1.3.2 有機(jī)電極材料研究進(jìn)展16-22
• 1.3.3 有機(jī)電極材料優(yōu)缺點(diǎn)22
• 1.3.4 對苯二甲酸鹽脫嵌鋰機(jī)制22-23
• 1.4 本論文研究目的、論文結(jié)構(gòu)安排與創(chuàng)新工作23-25
• 1.4.1 本論文研究目的23
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)安排23-24
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新工作24-25
• 第二章 實驗方法與測量儀器25-31
• 2.1 主要試劑及常用儀器25-27
• 2.1.1 主要試劑25-26
• 2.1.2 常用儀器26-27
• 2.2 材料表征方法27-28
• 2.3 電極制備28-29
• 2.4 電池組裝29
• 2.5 恒電流充放電測試29
• 2.6 循環(huán)伏安測試與電化學(xué)交流阻抗測試29-30
• 2.7 比容量計算30-31
• 第三章 堿土金屬對苯二甲酸鹽合成、表征及電化學(xué)性能初探31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 堿土金屬對苯二甲酸鹽的合成31-33
• 3.3 材料分析表征結(jié)果與討論33-38
• 3.3.1 堿土金屬對苯二甲酸鹽的XRD測試33-34
• 3.3.2 堿土金屬對苯二甲酸鹽的熱重分析34
• 3.3.3 堿土金屬對苯二甲酸鹽的紅外測試分析34-35
• 3.3.4 堿土金屬對苯二甲酸鹽的XPS測試分析35
• 3.3.5 堿土金屬對苯二甲酸鹽的ICP-AES分析35-37
• 3.3.6 堿土金屬對苯二甲酸鹽的SEM測試分析37-38
• 3.4 電化學(xué)性能測試結(jié)果與討論38-41
• 3.4.1 堿土金屬對苯二甲酸鹽的充放電性能分析38-39
• 3.4.2 堿土金屬對苯二甲酸鹽的倍率性能與循環(huán)性能分析39-40
• 3.4.3 堿土金屬對苯二甲酸鹽的循環(huán)伏安特性40-41
• 3.4.4 堿土金屬對苯二甲酸鹽的電化學(xué)交流阻抗分析41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 結(jié)晶水對對苯二甲酸鈣性能的影響42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 對苯二甲酸鈣及其三水合物的合成與半電池組裝42-43
• 4.3 材料表征分析結(jié)果與討論43-47
• 4.3.1 CaTPA·3H_2O與CaTPA的FT-IR測試43-44
• 4.3.2 CaTPA·3H_2O與CaTPA的晶體結(jié)構(gòu)與微觀形貌表征44-46
• 4.3.3 CaTPA·3H_2O與CaTPA的TGA/DSC測試46-47
• 4.3.4 CaTPA·3H_2O與CaTPA的XPS測試47
• 4.4 材料電化學(xué)性能測試47-52
• 4.4.1 CaTPA·3H_2O與CaTPA循環(huán)伏安性能測試47-48
• 4.4.2 CaTPA·3H_2O與CaTPA的充放電、倍率與循環(huán)性能分析與討論48-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 對苯二甲酸鈣的改性研究53-70
• 5.1 引言53
• 5.2 對苯二甲酸鈣/石墨復(fù)合物的研究53-62
• 5.2.1 復(fù)合物的制備53-54
• 5.2.2 材料的表征分析結(jié)果與討論54-56
• 5.2.3 電化學(xué)性能測試結(jié)果表征與討論56-61
• 5.2.4 小結(jié)61-62
• 5.3 水熱法制備碳包覆對苯二甲酸鈣的研究62-70
• 5.3.1 CaTPA/C復(fù)合物的制備與半電池組裝62
• 5.3.2 CaTPA/C復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及形貌表征62-64
• 5.3.3 CaTPA/C復(fù)合物電化學(xué)性能測試64-69
• 5.3.4 小結(jié)69-70
• 第六章 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 展望71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果78-79

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