钴基金属有机框架的合成及在锂离子电池中的应用
发布时间：2020-12-28 00:00
随着化石能源逐渐消耗枯竭,环境状况日益恶化,电动汽车得到了蓬勃发展,新型锂离子电池作为性能卓越的新一代绿色电源,受到广泛的关注与研究。锂离子电池主要由正极材料、负极材料和电解液三部分组成。石墨电极作为传统的商用锂离子电池负极材料由于相对较低的理论容量(372 mAh g-1),已不能满足新一代电池对能量密度和使用寿命的要求。因此研究者们正致力于开发和研究新型的高能量和长使用寿命的复合材料,例如:通过煅烧金属有机框架得到含有碳层的金属氧化物复合材料。这种复合材料既具有独特的框架结构,同时还结合了金属氧化物和碳材料的优点,这不仅提高了复合材料在充放电过程中的稳定性,还有助于提升材料整体的导电性,得到较理想的电化学性能。本论文的相关工作主要围绕制备钴基金属有机框架（MOFs）的复合材料应用于锂离子电池负极材料。具体的研究内容主要包括以下三个工作:（1）通过共沉淀法合成了纳米级别的Si@ZIF-67-600复合材料,将其作为锂离子电池负极材料与纯的ZIF-67-600框架材料以及Si纳米材料进行了电化学性能比较,结果表明,在500 mA g-1的电流...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的种类及应用Fig1-1Thetypesandapplicationsoflithium-ionbatteries
负极材料、隔膜和电解液。正极材料一般为钴酸锂或者锰酸锂等，它们通常具有嵌锂电位较高的特点。传统的负极材料为层状石墨或者近似石墨结构的碳等，是一类还原电位与锂接近的可嵌锂的化合物，目前，除传统的碳材料之外，常见的还有硅负极材料和过渡金属氧化物负极材料。隔膜是一类具有微孔结构的经过特殊成型的高分子膜，可以任由锂离子通过而不让电子通过从而避免锂离子电池正负极接触发生短路的现象，常见的有聚乙烯（PE）膜、聚丙烯（PP）膜等。电解液是一类溶解有六氟磷酸锂的碳酸脂类溶剂，是锂离子传导的媒介[20]。图1-2锂离子电池的工作原理Fig1-2TheworkingprincipleofLithium-ionbattery
1绪论740]。按照储锂机理的不同可以将过渡金属氧化物分为三大类，分别是脱嵌型过渡金属氧化物、合金型过渡金属氧化物以及氧化还原型过渡金属氧化物。它们的反应机理可由表1-3表示：表1-3过渡金属氧化物储锂机理及反应方程式Table1-3Lithiumstoragemechanismandreactionequationoftransitionmetaloxides名称反应方程式代表性氧化物脱嵌型过渡金属氧化物xy-MOLiMOyyxeLiTiO2、Li4Ti5O12等合金型过渡金属氧化物MMLixexLix-CoO、Co3O4、Fe2O3、CuO等氧化还原型过渡金属氧化物MyyLi22Oyx2xOyLiMeSnO2、ZnO等1.4金属有机框架（MOFs）材料的简介1.4.1金属有机框架（MOFs）材料的概述金属有机框架是由金属盐离子与有机配体材料通过化学配位键组装而成的晶体材料，同时它还是一种具有特殊周期性网络结构的多孔材料，因此也被叫做“多孔配位聚合物”。目前，研究者们通过采用不同的金属盐离子去调配不同的有机配体已经构造出超过两万中不同的MOFs材料，且仍在不断增加中[41-46]。图1-3MOFs材料的应用Fig1-3TheapplicationofMOFsmaterials相比较于其他种类的多孔材料（沸石、分子筛、多孔碳），金属有机框架具有多种优点：第一，因其是通过调配不同的金属离子和有机配体，咪唑类、磷酸酯类、胺类、聚羧酸酯类以及酚类和吡啶类有机物都可以作为有机配体，所以MOFs材料的种类繁多，可供选择的种类也比较多；第二，MOFs材料具有很大的比表面积，因为它
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[2]石墨烯复合材料的研究进展[J]. 匡达,胡文彬. 无机材料学报. 2013(03)
[3]锂离子电池安全性能研究[J]. 吴凯,张耀,曾毓群,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[4]锂离子电池负极硅基材料[J]. 陶占良,王洪波,陈军. 化学进展. 2011(Z1)
[5]锂离子电池的安全性技术[J]. 夏兰,李素丽,艾新平,杨汉西. 化学进展. 2011(Z1)
[6]锂离子蓄电池负极材料最新研究进展[J]. 米常焕,曹高劭,赵新兵. 电源技术. 2004(03)
博士论文
[1]用作锂离子电池负极材料的金属有机框架及其衍生的过渡金属氧化物的设计、合成及性能研究[D]. 胡小诗.华东师范大学 2018
[2]锂离子电池石墨类碳负极的容量衰减机制研究[D]. 杨丽杰.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]过渡金属氧化物负极材料的合成、改性及锂电性能研究[D]. 吴鑫.西南科技大学 2019
[2]过渡金属氧化物（Cu、Sn、Fe）基负极材料的设计合成及其锂电性能研究[D]. 汪洋.江苏科技大学 2018
[3]自支撑三维石墨烯/锡负极的制备及其电化学性能研究[D]. 卢仁坤.哈尔滨工业大学 2018
[4]过渡金属氧化物用于锂离子电池负极的研究[D]. 李红琴.南昌大学 2018
[5]TiO2和Co3O4复合负极材料的水热合成及锂电性能研究[D]. 佟晓玲.西南科技大学 2017
本文编号：2942747
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的种类及应用Fig1-1Thetypesandapplicationsoflithium-ionbatteries
负极材料、隔膜和电解液。正极材料一般为钴酸锂或者锰酸锂等，它们通常具有嵌锂电位较高的特点。传统的负极材料为层状石墨或者近似石墨结构的碳等，是一类还原电位与锂接近的可嵌锂的化合物，目前，除传统的碳材料之外，常见的还有硅负极材料和过渡金属氧化物负极材料。隔膜是一类具有微孔结构的经过特殊成型的高分子膜，可以任由锂离子通过而不让电子通过从而避免锂离子电池正负极接触发生短路的现象，常见的有聚乙烯（PE）膜、聚丙烯（PP）膜等。电解液是一类溶解有六氟磷酸锂的碳酸脂类溶剂，是锂离子传导的媒介[20]。图1-2锂离子电池的工作原理Fig1-2TheworkingprincipleofLithium-ionbattery
1绪论740]。按照储锂机理的不同可以将过渡金属氧化物分为三大类，分别是脱嵌型过渡金属氧化物、合金型过渡金属氧化物以及氧化还原型过渡金属氧化物。它们的反应机理可由表1-3表示：表1-3过渡金属氧化物储锂机理及反应方程式Table1-3Lithiumstoragemechanismandreactionequationoftransitionmetaloxides名称反应方程式代表性氧化物脱嵌型过渡金属氧化物xy-MOLiMOyyxeLiTiO2、Li4Ti5O12等合金型过渡金属氧化物MMLixexLix-CoO、Co3O4、Fe2O3、CuO等氧化还原型过渡金属氧化物MyyLi22Oyx2xOyLiMeSnO2、ZnO等1.4金属有机框架（MOFs）材料的简介1.4.1金属有机框架（MOFs）材料的概述金属有机框架是由金属盐离子与有机配体材料通过化学配位键组装而成的晶体材料，同时它还是一种具有特殊周期性网络结构的多孔材料，因此也被叫做“多孔配位聚合物”。目前，研究者们通过采用不同的金属盐离子去调配不同的有机配体已经构造出超过两万中不同的MOFs材料，且仍在不断增加中[41-46]。图1-3MOFs材料的应用Fig1-3TheapplicationofMOFsmaterials相比较于其他种类的多孔材料（沸石、分子筛、多孔碳），金属有机框架具有多种优点：第一，因其是通过调配不同的金属离子和有机配体，咪唑类、磷酸酯类、胺类、聚羧酸酯类以及酚类和吡啶类有机物都可以作为有机配体，所以MOFs材料的种类繁多，可供选择的种类也比较多；第二，MOFs材料具有很大的比表面积，因为它
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[2]石墨烯复合材料的研究进展[J]. 匡达,胡文彬. 无机材料学报. 2013(03)
[3]锂离子电池安全性能研究[J]. 吴凯,张耀,曾毓群,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[4]锂离子电池负极硅基材料[J]. 陶占良,王洪波,陈军. 化学进展. 2011(Z1)
[5]锂离子电池的安全性技术[J]. 夏兰,李素丽,艾新平,杨汉西. 化学进展. 2011(Z1)
[6]锂离子蓄电池负极材料最新研究进展[J]. 米常焕,曹高劭,赵新兵. 电源技术. 2004(03)
博士论文
[1]用作锂离子电池负极材料的金属有机框架及其衍生的过渡金属氧化物的设计、合成及性能研究[D]. 胡小诗.华东师范大学 2018
[2]锂离子电池石墨类碳负极的容量衰减机制研究[D]. 杨丽杰.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]过渡金属氧化物负极材料的合成、改性及锂电性能研究[D]. 吴鑫.西南科技大学 2019
[2]过渡金属氧化物（Cu、Sn、Fe）基负极材料的设计合成及其锂电性能研究[D]. 汪洋.江苏科技大学 2018
[3]自支撑三维石墨烯/锡负极的制备及其电化学性能研究[D]. 卢仁坤.哈尔滨工业大学 2018
[4]过渡金属氧化物用于锂离子电池负极的研究[D]. 李红琴.南昌大学 2018
[5]TiO2和Co3O4复合负极材料的水热合成及锂电性能研究[D]. 佟晓玲.西南科技大学 2017
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