基于金属有机框架化合物制备锂/钾离子电池负极材料与电化学性能研究

发布时间：2024-02-03 20:17

　　随着电子产品的发展以及近年来全球对于新能源车的普及推广,锂离子电池作为电能的提供者,相应的性能要求也不断提高,如长循环寿命、高能量密度、降低成本等。而满足这些要求的关键在于研究更高性能的电极材料,但一直以来作为负极材料的石墨,在能量密度上已经不能满足增长的要求了,从而严重限制了锂离子电池应用发展。而基于转化反应的金属化合物电极材料虽然具备高理论容量,但是它们具有一个突出问题,即在循环过程中面临的体积膨胀,该过程严重限制了其性能表现,因此需要提供缓冲环境来缓解这一过程。此外,锂离子电池由于相关的自然资源的限制,如锂矿、钴矿等,因而在成本上难以降低,难以满足大规模应用,尤其是应用于大规模储能电站系统中。而钾离子电池具有钾矿资源丰富,具备明显的成本优势,因而发展适合钾离子电池的负极电极材料至关重要。碳层包覆一直被认为是一种有效的解决电极材料体积膨胀的方法。因而,将高容量但稳定性差的金属化合物与碳结合起来,构建金属化合物/碳复合材料,是解决稳定性的一种有效思路。但保证复合材料中碳层的均一包覆至关重要,因此最好的方法是进行原位碳化包覆。MOFs材料是一类由金属离子中心与有机连接体构建起来的3D多...

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【部分图文】：

图１．１锂离子电池组成示意图［２７】，其中负极材料为石墨和正极材料为ＬｉＣ〇０２

１．２．１锂离子电池负极材料研究进展与挑战??反应机理上来说，锂离子电池是基于可逆电化学反应来对电化学能量进行转??化及存储。如图１．１所示＾其主要组成包括正极电极、负极电极、将它们隔开但??能进行离子运输的电解质和具备一定厚度的隔膜。以最常见的锂离子电池构成材??料为例，其中Ｌ....

图１．?２锂离子与活性材料之间的三种典型反应机制［５°］

??ｊ??图１．１锂离子电池组成示意图［２７】，其中负极材料为石墨和正极材料为ＬｉＣ〇０２。??目前商业上锂离子电池使用最成熟以及最广泛的负极材料为石墨。而对于石??墨来说，具备平坦的电压平台、对锂工作电位较低、价格低廉和良好的循环寿命??等优势［２８，２９］。然而，由于储锂过程....

图１．４典型的钾离子电池示意图（正极为ＫＭＨＣＦ，正极为硬碳）【９】

?／??麵細＊??图１．３全球锂资源分布情况［５９］。??对于钾离子电池来说，它同样遵守与锂离子电池一致的运行规则（“摇椅式”）：??在充电／放电过程中，钾离子通过非液相或液相电解液在正极材料与负极材料之??间来回迁移。如图１．４所示，充电时，钾离子首先从正极材料中脱离，然后正极....

图１．３全球锂资源分布情况［５９］

对于钾离子电池来说，它同样遵守与锂离子电池一致的运行规则（“摇椅式”）：??在充电／放电过程中，钾离子通过非液相或液相电解液在正极材料与负极材料之??间来回迁移。如图１．４所示，充电时，钾离子首先从正极材料中脱离，然后正极??释放出的钾离子在浓度梯度作用下，在电解液中传输到负极材....

本文编号：3894618