脱氢抗坏血酸和CoNi-MOF作为锂离子电池负极材料的研究

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近年来,随着经济的发展全球石油和化石燃料的消耗逐年上升,随之而来的环境问题引起人们关注,寻找可替代当前介质能源和发展和绿色环境友好型经济方式已经迫在眉睫,化学电源由于其自身的优点在能源领域引发科学工作者和企业的兴趣,锂离子电池作为一种二次电池具有很多优点。例如:电压高、比能量大、长循环寿命、成本低等优点成为研究热点,开发出更高性能的锂离子电池成为主要任务,锂离子电池是由正极活性物质、负极活性物质、隔膜、有机电解液和电池外壳,一直以来负极活性物质为石墨但是其理论比容量为372m Ah/g,难以满足动力电池的需求。制备新型锂离子电池负极材料成为解决电池容量的关键,本论文合成了金属有机骨架材料(MOF)作为锂离子电池负极活性物质探究其电化学性能。具体内容如下:首先,有机材料作为电池负极材料具有高容量、低成本和环境友好等优点,已经成为替代无机金属化合物负极材料备选之一。羰基化合物因具有C=O双键可以可逆储存锂离子因此多个羰基官能团本质决定了该材料具有结构多样性和反应动力学快等优点是有机材料中理想材料之一。我们通过将脱氢抗坏血酸与石墨混合制备锂离子电池负极材料,并进行电化学测试发现在电流密度100m A/g,首圈放电容量在600m Ah/g,电压平台在0.8V这是羰基化合物普遍的特征平台。再随后的红外测试中发现其特征峰没有显著变化表明材料具有结构稳定性,电池经过多次循环充放电后发现容量有衰减通过分析得出这主要由于有机化合物易溶解在有机电解液,改善的措施主要添加不同比例的导电碳添加剂提高循环稳定性和导电率。其次,我们利用水热法合成了MOF,通过离心和多次洗涤得到MOF复合材料,由于MOF周期性网络结构的晶体多孔特性使电解液充分浸润电极中的活性物质。缩短锂离子和电子的扩散路径,经过活化后电极结构稳定性得到提高因而在电化学性能测试中表现出高容量、长循环寿命等优点如Ni Co-MOF在电流密度500m A/g时,200次循环后容量仍然达到1120 m Ah/g,而Ni-MOF、Co-MOF单金属有机框架材料的电化学性能不如双金属MOF材料,这一有趣的现象值得进一步探究内在机理。我们发现在初期电池容量出现先下降后上升通过分析形貌和晶体结构得出在电极表明出现团簇锂化合物,这一特征可以改善电池负极锂枝晶问题。
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