【摘要】：綜述了金屬-有機框架應(yīng)用于鋰離子電池的研究進展。金屬-有機框架在鋰離子電池中的應(yīng)用主要有以下兩個方面:1)用作鋰電負極材料;2)用作鋰電正極材料。同時總結(jié)了金屬-有機框架做鋰電電極材料存在的問題,并提出解決的可能途徑。最后,展望了金屬-有機框架在儲能領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。
【圖文】：

2015年，陳亮等［17］合成了雙功能化的BMOF(Zn(IM)1．5(abIM)0．5)，具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在充放電過程中，，MOFs的框架結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境均保持穩(wěn)定，Li+在MOFs孔道中可逆地脫嵌，進而實現(xiàn)了穩(wěn)定的電化學(xué)性質(zhì)。在100mA/g電流200周充放電循環(huán)后，比容量保持190mA·h/g;在400mA/g電流測試條件下循環(huán)200次后可逆容量近80mA·h/g(圖1)。該材料以嵌入的方式儲鋰，并通過密度泛函理論(DFT)計算和X射線衍射(XＲD)表征佐證。圖1BMOF的結(jié)構(gòu)圖(a);BMOF在不同電流密度下的循環(huán)性能和庫倫效率圖(b)［17］Fig．1ThestructureoftheBMOF(a)．ThecyclingperformanceandcoulombicefficiencyoftheelectrodesmadewiththeBMOF(b)．Thedischargeprocesswascarriedoutatvariouscurrentdensitiesof100，200and400mA/g［17］MOFs的充放電過程機理可通過多種表征技術(shù)來進行研究。2016年，我們課題組［18］以4-羥基吡啶-2，6-二羧酸(H3L)為配體，合成了一維鏈結(jié)構(gòu)的［Co1．5L(H2O)4］n，并研究了其作為鋰電負極材料的性質(zhì)。通過對其進行系統(tǒng)的電化學(xué)測試表明，金屬和配體的氧化還原活性位點對容量均有貢獻。在50mA/g，0.01～2.0V測試條件下循環(huán)50次后，可逆比容量431mA·h/g，庫倫效率保持98.3%。通過X射線光電子能譜(XPS)、順磁共振(EPＲ)和循環(huán)伏安法(CV)研究了［Co1．5L(H2O)4］n的充放電過程，鈷離子和配體均參與了氧化還原反應(yīng)，這與電化學(xué)性能測試結(jié)果相符(圖2)。金屬-有機框架用作鋰電負極材料的研究仍然面臨很多挑戰(zhàn)，如如何解決導(dǎo)電性差、大的不可逆容量損失和循環(huán)壽命短等問題。導(dǎo)電性差是制約MOFs材料應(yīng)用于鋰電池的主要原因之一。為了改善MOFs的導(dǎo)電性，對MOFs摻雜導(dǎo)電劑是有效的方法之一［28］。?

7，41］。通過MOF途徑制備納米儲能材料具有反應(yīng)條件相對溫和、反應(yīng)體系化學(xué)可調(diào)性高、反應(yīng)產(chǎn)物組成和形貌均一等特點［8］，已有大量MOF衍生納米材料應(yīng)用至鋰離子電池電極材料［42-57］。2016年，我們課題組［53］基于MOFs的吸附性質(zhì)將SnCl2吸附到HKUST-1孔道中，再經(jīng)過煅燒等處理得到納米SnO2@C復(fù)合材料，并將其用于鋰離子電池負極材料的研究。SnO2@C在0.01～3V電壓范圍，100mA/g的電流密度下循環(huán)50周后可逆比容量為900mA·h/g，循環(huán)200周后可逆比容量為880mA·h/g，且具有優(yōu)異的倍率性能(圖5)。圖5SnO2@C合成示意圖(a);恒電流充放電曲線(b);不同的SnO2@C的循環(huán)性質(zhì)圖(c);SnO2@C倍率性能圖(d)［53］Fig．5TheillustrationofthepreparationofSnO2@C(a)．Discharge/chargecurvesofSnO2@Cat100mA/g(b)．CyclingperformanceofSnO2@Cat100mA/g(c)．ＲateperformanceofSnO2@Celectrodeatdifferentcurrentdensitiesfrom100mA/gto1000mA/g(d)［53］同年，我們課題組［9］以MOF-74-Ni為前驅(qū)體制備了NiP2@C納米材料�；谠摬牧系亩嗫捉Y(jié)構(gòu)，單分散的NiP2納米粒子，具有導(dǎo)電活性的多孔碳以及強的磷碳界面偶合作用，該材料顯示了優(yōu)異的儲鋰性能和穩(wěn)定性。NiP2@C作為鋰電負極材料，在0.01～2.5V電壓范圍，倍率性能優(yōu)異。在1A/g電流密度下可逆比容量仍可達到420mA·h/g，循環(huán)700周后容量為360mA·h/g(圖6)。最近，王博等［32］已在CoordinationChemistryＲeviews發(fā)表了題為“Metal-OrganicFrameworksforEnergyStorage:Batteriesandsupercapacitors”的綜述，龐歡等［58］在AdvancedEnergyMaterials發(fā)表了關(guān)于“Transition-Metal(Fe，Co，Ni)BasedMetal-OrganicFrameworksforElectr
【作者單位】： 南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(21622105,21421001)~~
【分類號】：O641.4;TM912

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