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有机锂离子电池由于具有可再生,可持续和环境友好等特点成为了近年来研究的热点。本论文合成了一种新型有机醌类化合物1,2-二羟基-9,10-蒽醌锂(茜素锂),并通过研究电解液和导电剂对其电化学性能的影响,从而优化茜素锂合成工艺的条件。
首次采用水热合成法制备了无定性态Li2C14H6O4和产物Li2C14H6O4,通过TG-DSC确定无定性态Li2C14H6O4煅烧温度为500℃,XRD,SEM和FT-IR对样品进行表征。通过对前驱体和目标产物Li2C14H6O4的电化学性能对比研究,发现在0.1C倍率下,前驱体和Li2C14H6O4的首次放电容量达到175.5和177.7 mAh g-1。前驱体经过30次循环后,容量仅为40 mAh g-1,Li2C14H6O4在0.1C和1C下经过50次循环,放电容量为151.5和86.2 mAh g-1,容量保持率为80.7%和55.1%。首次通过量子化学计算茜素的HOMO和LUMO的能级及各原子能量,预测了C14H8O4晶体分子的化学反应过程及锂离子脱嵌机理。
研究了两种电解液LiPF6和LiBOB对Li2C14H6O4的电化学性质的影响。研究结果表明,低粘度,高电导率,高溶解度LiBOB电解液较容易提高Li2C14H6O4氧化还原反应活性。充放电和循环性能测试发现电解液不会影响Li2C14H6O4的充放电平台。在小倍率下充放电,50次循环后发现LiBOB组的容量要略高于LiPF6组,而在大倍率性能下充放电,20次循环之后,LiPF6组Li2C14H6O4的容量衰减明显加大,容量保持率仅为75%。交流阻抗测试发现,LiBOB组和LiPF6组的扩散系数分别约为1.83×10-12 cm2/s和2.92×10-13 cm2/s,EIS结果验证电解液粘度越大,阻抗越大,电导率越低,锂离子扩散系数就低。
制备了四组不同含量导电剂的Li2C14H6O4正极材料,通过电化学性能测试发现,碳黑量高,容量衰减较快,放电平台变高,碳黑含量低,容量衰减较慢,放电平台降低。交流阻抗测试发现,碳黑加入量越大,锂离子扩散系数越高。茜素锂-40的Rs阻抗为1300,扩散系数为1.15×10-11 cm2/s,首次放电容量为208 mAh g-1,达到了理论容量的98%。