本文關(guān)鍵詞：金屬有機骨架材料及其衍生物的電化學儲鋰性能研究

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【摘要】：鋰離子電池因工作電壓高、壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點廣泛應用在手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備上。然而隨著新能源電動汽車等大功率用電設(shè)備的發(fā)展,目前商業(yè)化的鋰離子電池受電極材料性能的限制已經(jīng)不能滿足人們對高容量、高能量密度及大倍率性能等的要求,因此迫切需要人們研究開發(fā)新的電極材料提高鋰離子電池的電化學性能。最近,一類新興的具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬有機骨架材料及其衍生物成功應用在了鋰離子電池領(lǐng)域并受到廣泛關(guān)注。在本論文中我們首先利用環(huán)境友好的氨基酸類小分子和硝酸銅,通過簡單的超聲擴散法制備了具有納米纖維結(jié)構(gòu)的天門冬氨酸-銅金屬有機骨架材料,作為鋰離子電池負極電極材料,納米纖維的結(jié)構(gòu)縮短了鋰離子和電子的傳輸距離,因此有利于其電化學性能更好的發(fā)揮,通過實驗對比分析,初步提出了該材料的儲鋰機制。另外通過溶劑熱法制備了具有梭形結(jié)構(gòu)的MIL-88(Fe)金屬有機骨架材料,電化學性能測試結(jié)果顯示在200 mA/g的電流密度下循環(huán)500次有673.3mAh/g的高放電比容量,并顯示了穩(wěn)定的循環(huán)性能及優(yōu)異的倍率性能,通過對充放電前后材料分析對其儲鋰機制也做了初步探討。本部分內(nèi)容結(jié)果證明了金屬有機骨架材料可作為一種潛在的鋰離子電池負極材料。以天門冬氨酸-銅金屬有機骨架材料作為前驅(qū)體,將其在空氣氛圍下熱處理得到氧化銅,在0.5 C倍率下循環(huán)500次后仍有約680 mAh/g的放電比容量。將MIL-88(Fe)有機骨架材料在在惰性氣體氛圍下熱解得到氧化鐵/碳復合材料,制備的復合材料在0.5 C下循環(huán)200次后仍有927.4 mAh/g的放電比容量,復合材料優(yōu)異的電化學性能主要是因為碳材料的復合提高了Fe3O4的導電性,同時緩解了其在充放電過程中的體積膨脹,抑制了材料的粉化、脫落,顯著提高了其電化學性能。另外,我們通過酸洗在惰性氣體中熱解天門冬氨酸-銅的產(chǎn)物,制備得到含氮質(zhì)量分數(shù)為8.62%的氮摻雜的納米無定形碳材料,在0.5 A/g的電流密度下循環(huán)800次后有853.1 mAh/g的放電比容量,甚至在5 A/g的超大電流密度循環(huán)1000次后其放電容仍有為440 mAh/g,遠高于目前商業(yè)化的石墨負極材料容量,其優(yōu)異的電化學性能主要歸結(jié)為氮摻雜的無定形碳結(jié)構(gòu)。熱處理金屬有機骨架材料提供了一種新的制備氧化物材料、碳材料及氧化物/碳復合電極材料的方法。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負極材料 金屬有機骨架材料 氧化物 氮摻雜碳
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-27
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鋰離子電池簡介10-12
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展史10
• 1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)與工作原理10-11
• 1.2.3 鋰離子電池的特點11-12
• 1.3 鋰離子電池負極材料概況12-15
• 1.3.1 碳負極材料13-14
• 1.3.2 過渡金屬氧化物14
• 1.3.3 錫基、硅基材料14-15
• 1.3.4 其他負極材料15
• 1.4 金屬有機骨架材料研究進展15-25
• 1.4.1 金屬有機骨架材料簡介15-17
• 1.4.2 金屬有機骨架電極材料研究進展17-20
• 1.4.3 金屬有機骨架衍生物電極材料研究進展20-25
• 1.5 本論文的選題意義及研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實驗儀器及實驗方法27-31
• 2.1 實驗藥品及設(shè)備27-28
• 2.1.1 主要實驗藥品27-28
• 2.1.2 主要實驗設(shè)備28
• 2.2 材料的表征28-30
• 2.2.1 多晶X射線衍射分析28-29
• 2.2.2 掃描電鏡形貌分析29
• 2.2.3 透射電鏡分析29
• 2.2.4 熱重差熱分析29
• 2.2.5 拉曼光譜分析29
• 2.2.6 X射線光電子能譜分析29
• 2.2.7 比表面積和孔隙率分析29-30
• 2.3 材料的電化學性能測試30-31
• 2.3.1 電池極片的制備30
• 2.3.2 電池的裝配30
• 2.3.3 電池電化學性能的測試30-31
• 第3章 金屬有機骨架材料的制備及電化學性能研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 金屬有機骨架納米線結(jié)構(gòu)的合成及電化學性能研究31-37
• 3.2.1 材料的合成及電化學性能測試31-32
• 3.2.2 樣品的表征32
• 3.2.3 電化學性能測試結(jié)果與討論32-37
• 3.2.4 本節(jié)小結(jié)37
• 3.3 MIL-88(Fe)的合成及電化學性能研究37-42
• 3.3.1 MIL-88(Fe)的合成及電化學性能測試37-38
• 3.3.2 樣品的表征38
• 3.3.3 電化學性能測試結(jié)果與討論38-41
• 3.3.4 本節(jié)小結(jié)41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 金屬有機骨架衍生物材料的制備及電化學性能研究43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 天門冬氨酸-銅衍生物的制備及電化學性能研究43-51
• 4.2.1 氧化銅及碳材料的制備及電化學性能測試43
• 4.2.2 氧化銅材料的表征43-44
• 4.2.3 氧化銅電化學性能測試結(jié)果與討論44-46
• 4.2.4 碳材料的表征46-48
• 4.2.5 氮摻雜無定形碳材料電化學性能測試結(jié)果與討論48-50
• 4.2.6 本節(jié)小結(jié)50-51
• 4.3 MIL-88(Fe)衍生物的制備及電化學性能研究51-57
• 4.3.1 氧化鐵及四氧化三鐵/碳材料的制備及電化學性能測試51
• 4.3.2 氧化鐵及四氧化三鐵/碳材料的表征51
• 4.3.3 氧化鐵電化學性能測試結(jié)果與討論51-52
• 4.3.4 四氧化三鐵/碳復合材料的表征52-55
• 4.3.5 四氧化三鐵/碳復合材料電化學性能測試結(jié)果與討論55-57
• 4.3.6 本節(jié)小結(jié)57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 總結(jié)58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻60-67
• 致謝67-68
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果68

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