金属有机框架及其衍生磷酸盐在锂离子电池中的应用

发布时间：2020-11-07 18:57

　　 金属有机框架(MOFs)材料是一种具有良好结晶度、由金属中心和有机配体构成的多孔材料。近年来,MOFs材料以其可控多变的结构、丰富的电化学活性位点以及离子扩散通道大等突出特点在锂离子电池负极材料和电容器方面得到了广泛的关注。但在电池方面,目前锂离子电池的实际性能远远达不到人们的要求和期望,因此,探究高性能的锂电池电极材料已成为科研工作者们关注的热点。本文将两种MOF材料引入锂离子电池中,分别开发了两种具有发展潜力的锂离子电池正负极材料,并验证了其优越的电化学性能。本文的主要包括以下两部分内容:(1)我们通过一种改进的溶剂热法,合成了具有良好结晶度的菱柱状Co_2(DOBDC)MOF材料。将其用于锂离子电池负极时,Co_2(DOBDC)MOF电极在100 mA g~(-1)电流密度下,循环100圈之后仍能保持878.5 mA g~(-1)的可逆容量,并且在500 mA g~(-1)的电流密度下循环200圈后达到526.1 mAh g~(-1)的容量。此外,Co_2(DOBDC)MOF保持了优异的倍率性能(即使在2 A g~(-1)的倍率下,仍可保留408.2 mAh g~(-1)的可逆容量)。非原位软X射线吸收光谱(sXAS)和电子顺磁共振波谱(EPR)研究表明,初始态中的高自旋Co~(2+)(S=3/2)在放电后会逐渐转化为离域传导电子。研究还发现,Co_2(DOBDC)MOF材料的高倍率性能主要归因于锂离子快速扩散的表面赝电容过程。(2)我们利用钒金属有机框架材料(MIL-101(V))为反应的钒源和碳源,通过高温固相法合成了层状结构的碳包覆Li_3V_2(PO_4)_3材料,即LVP@M-101。与用V_2O_5合成的LVP相比,LVP@M-101碳包覆材料显示了优越的电化学稳定性和容量性能。在0.5C和1C的电流密度下,循环1000圈之后,LVP@M-101材料仍能保留113.1和105.8 mAh g~(-1)的可逆容量。此外,我们还首次尝试用非原位EPR和PXRD相结合的方法来解释LVP@M-101电极的充放电过程,这给研究电池正极材料充放电机理提供了一种新方法。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912;O641.4
【部分图文】：

锂电池充放电循环示意图

更宽的孔隙分布并且主要集中在 2.8 nm 左右，由此说明材料中气泡的存在，这也与图 4.5d 中的结果相一致。图4.7 (a) LVP@M-101与(b) LVP的6Li MAS NMR谱图。（转速为10 kHz，旋转边带用星号标示，0 ppm处的峰可能对应于Li2CO3。）
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 钟胜奎;尹周澜;王志兴;郭华军;李新海;;Synthesis and characterization of novel cathode material Li_3V_2(PO_4)_3 by carbon-thermal reduction method[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2006年S2期

本文编号：2874349