基于MOF的双金属氧化物的制备及其在锂离子电池中的应用

发布时间：2020-03-28 08:04

【摘要】：锂离子电池因具有较大能量密度、较长的使用寿命以及环境友好等特点,在轻便型电子设备和动力汽车等领域具有巨大的应用潜力,为适应现代化产业进程的需要,研发具有更高性能新型负极材料的锂离子电池成为研究热点。过渡金属氧化物由于具有原料廉价易得和高于石墨电极材料2-3倍的比容量等特点,被认为是最有潜力的新型负极材料。但通过研究发现,该类材料属于半导体材料,自身的导电率较低,且在锂离子电池的应用中表现出较为严重的体积变化,因此,本论文主要通过3个方面来解决这些问题:一是以MOFs作为前驱体合成双金属氧化物,借助MOFs的多孔性增加电极材料的孔隙率,提高其比容量;二是调控反应条件,合成规整形貌的MOFs及双金属氧化物,缓解体积变化;三是选择两种合适的金属源,通过两者的协调作用提高材料的导电率。本论文主要研究内容如下:(1)采用水热法合成以对苯二甲酸为配体的Ni-Co-MOF,通过在空气氛围下400℃焙烧,得到空心球状的复合纳米双金属氧化物NiO/NiCo_2O_4,该复合材料是由粒径为50-60 nm左右的纳米颗粒聚集形成的直径为300-400 nm的球状超结构,经电池组装测试其电化学性能,结果发现,当给电池施加100 mA g~(-1)的电流密度时,其首次放电比容量约为1778 mAh g~(-1),充电比容量约为1354 mAh g~(-1),其首次库伦效率约为76.2%;进行100次循环后,容量维持在920 mAh g~(-1)左右,表明该电极材料有稳定的循环性能;依次在电流密度为100、200、400、800 mA g~(-1)下各循环8圈对该材料进行倍率性能测试,电池的平均充放电比容量数值稳定在1109、978、830、623 mAh g~(-1);而当电池的电流密度从800 mA g~(-1)回到初始电流密度100 mA g~(-1)时,其对应的比容量又可以回升到1075 mAh g~(-1)左右,说明该负极材料有优异的倍率性能。(2)采用微波法快速合成以1,4-环己二酸为有机配体的前驱体Ni-Co-MOF,经过高温煅烧得到棒状的NiO/NiCo_2O_4材料。其电化学性能测试结果显示,恒流充放电过程中在电流密度为100 mA g~(-1)下的首次放电比容量就达到1800 mAh g~(-1),首次库伦效率约为73.8%,进行120次充放电循环后,放电比容量依然能保持在1198 mAh g~(-1)左右,表现出良好的循环性能和较高的比容量;在倍率性能测试中,当电流密度依次为100、200、400、800 mA g~(-1)时,其相应的平均比容量约为1304、1108、974、778 mAh g~(-1);此外,当电流密度再次为100 mA g~(-1)时,其比容量可以达到1263 mAh g~(-1),证明了该棒状复合双金属氧化物材料NiO/NiCo_2O_4有良好的倍率性能。
【图文】：

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图 1-1 锂离子电池与其他类储能设备的能量与功率密度的比较池概述池的基本结构及特点池是目前最常用的电化学二次电池之一，，是便携式电子设备景的能源储存和供应系统。锂离子电池主要由能够发生可逆脱够传输锂离子的电解质、能够防止电池自我放电及两极短路的分组成[9]，锂离子电池可以根据实际应用需求制作不用形状的锂、钮扣型、棱柱型和平板型，其基本结构如图 1-2 所示。

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图 1-1 锂离子电池与其他类储能设备的能量与功率密度的比电池概述电池的基本结构及特点电池是目前最常用的电化学二次电池之一，是便携式电子设备前景的能源储存和供应系统。锂离子电池主要由能够发生可逆够传输锂离子的电解质、能够防止电池自我放电及两极短路部分组成[9]，锂离子电池可以根据实际应用需求制作不用形状的型、钮扣型、棱柱型和平板型，其基本结构如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM912

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