【摘要】：隨著能源資源的消耗與環(huán)境污染問(wèn)題的加劇,鋰離子電池成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。金屬有機(jī)框架材料是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的新型晶體材料,具有大比表面積、大孔隙率、良好穩(wěn)定性等特點(diǎn),基于這些特點(diǎn)使其在儲(chǔ)能、催化及傳感等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用。本論文以ZIF-8為研究對(duì)象,優(yōu)化合成了十二面體和立方體結(jié)構(gòu)的ZIF-8前驅(qū)體,探討了煅燒溫度以及石墨烯引入對(duì)其電化學(xué)性能的影響,并對(duì)其儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行探討,得到如下結(jié)論:(1)優(yōu)化合成了十二面體和立方體結(jié)構(gòu)的ZIF-8。十二面體ZIF-8基碳材料的電化學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于立方體結(jié)構(gòu)ZIF-8基碳材料。在2000 mA g-1大電流充放電時(shí),十二面體ZIF-8基碳材料放電比容量為250 mAh g-1,是同樣放電制度下立方體ZIF-8基碳材料放電比容量的2倍。經(jīng)100次100 mAg·1下充放電循環(huán),十二面體ZIF-8基碳材料的放電比容量(423 mAhg-1)和容量保持率(99.6%)均高于立方體ZIF-8基碳材料。(2)調(diào)控煅燒溫度合成了三種ZIF-8基碳材料,分別記為N-C-800、N-C-950和N-C-1100樣品,對(duì)比發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)特殊的向內(nèi)收縮的凹面十二面體結(jié)構(gòu),且摻雜氮以吡咯氮為主的N-C-950樣品具有最優(yōu)的電化學(xué)性能,在500 mA g-1電流密度下,放電比容量可達(dá)921 mAhg-1,在2000mAg-1電流密度下循環(huán)200次后放電比容量為578mAhg-1,容量保持率為98.5%。原位TEM分析結(jié)果表明N-C-950樣品的凹面結(jié)構(gòu)在提升電化學(xué)性能方面起關(guān)鍵的作用。在凹面處,含有更多的氮,缺陷程度更大,能量存儲(chǔ)位點(diǎn)變多,有利于鋰離子更好的傳輸。(3)引入200 mg氧化石墨烯GO合成的樣品,煅燒前、后均呈現(xiàn)大小均一的十二面體顆粒均勻分布在二維石墨烯片上的結(jié)構(gòu)。氮摻雜碳/還原氧化石墨烯復(fù)合材料C-N/rGO(200mg)樣品在100 mA g-1電流密度下放電比容量為1010 mAh g-1;在2000mAg-1大電流充放電時(shí),放電比容量能夠達(dá)到441mAhg-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氮摻雜碳(C-N)材料做負(fù)極時(shí)的電化學(xué)性能。這歸因于C-N/rGO(200mg)復(fù)合材料中石墨烯片與十二面體結(jié)構(gòu)ZIF-8基碳顆粒共同構(gòu)建的三明治特殊結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

對(duì)組裝好的半電池進(jìn)行不同電流密度的充放電測(cè)試。逡逑半電池組裝順序分別為負(fù)極殼、鋰片、電解液、隔膜、電解液、實(shí)驗(yàn)極片、逡逑墊片、彈片、正極殼。裝配制備流程如圖２－２所示，制備方法如下：逡逑１３逡逑

￣｜邋溶劑逡逑烘干、沖片逡逑圖２－１電極片制備示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｐａｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ逡逑２．３．２半電池裝置的組裝順序逡逑半電池組裝之前，選取的負(fù)極殼、隔膜、墊片、彈片、正極殼在１００％真空中逡逑干燥２４ｈ，選擇鋰片做對(duì)電極，，電解液為１邋ｍｏｌｌ／１六氟磷酸鋰（ＬｉＰＦ６）的碳酸二逡逑甲酯（ＤＭＣ）／碳酸甲乙酯（ＥＭＣ）／碳酸乙烯酯（ＥＣ），其中ＤＭＣ、ＥＭＣ、ＥＣ體積逡逑比為１：１：１。逡逑為了更好的測(cè)量Ｃ電極材料的電化學(xué)性能，將活性材料做成電極片后，在充逡逑滿Ａｒ氣氛中的手套箱里組裝成半電池，利用藍(lán)電ＬＡＮＤ邋ＣＴ２００１Ａ電池測(cè)試系統(tǒng)逡逑對(duì)組裝好的半電池進(jìn)行不同電流密度的充放電測(cè)試。逡逑半電池組裝順序分別為負(fù)極殼、鋰片、電解液、隔膜、電解液、實(shí)驗(yàn)極片、逡逑墊片、彈片、正極殼。裝配制備流程如圖２－２所示，制備方法如下：逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：2657845