新型有机电极材料在锂离子电池中的应用

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传统锂离子电池具有工作电压高、能量密度大和循环寿命长等优点,在手机、笔记本电脑、通讯设备以及新能源电动汽车等领域发挥着巨大作用。商品化的电极材料面临着资源有限、成本高、环境不友好等不足,这促使人们开始考虑电极材料的可持续性和环保性。有机电极材料,由于其理论容量高、绿色可持续等特点,弥补传统无机电极材料的不足,有可能应用于新一代的“绿色锂二次电池”。当前,在有机材料在锂电的研究中,人们对有机材料的反应机理还不够清楚,电化学表现中主要存在的问题是有机材料在电解质中的溶解,进而导致的循环性能差。研究者通过对材料的锂盐化、材料的聚合形成聚合物以及使用固体电解质等方法来提高电池的循环性能。但是这些方法都是以牺牲比容量为代价来提高电池的循环性能。因此,在有机材料中发现高比容量分子结构以及对反应机理的研究尤为重要。  本论文将有机染料分子用作锂电池正极材料,对电化学性能进行测试,通过非原位红外、非原位X射线衍射分析探讨有机染料分子SINDIG在充放电过程中的机理。运用色散修正密度泛函方法对该材料进行了结构优化,计算嵌锂电势;同时利用多孔的大比表面积的介孔碳来加活性物质,将有机染料分子SINDIG“寄生”到介孔碳载体上,降低其活性物质在电解液中的溶解,提高材料的循环性能。  其次对生活中的常见的PET(矿泉水瓶)通过水热处理,获得具有活性的微小颗粒,使其具备电化学性能。通过非原位红外、非原位X射线衍射分析以及非原位X射线光电子能谱以及色散修正密度泛函研究锂离子的扩散路线,分析材料的脱/嵌锂机理。
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