基于柱醌类大环化合物锂离子电池正极材料的理论研究
发布时间：2020-12-02 21:44
与传统的锂离子电池材料相比,有机电极材料具有理论比容量高、原料丰富、成本低（不涉及昂贵元素）、设计加工简单和体系安全等优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。其中有机羰基化合物作为一类新兴的电化学储能材料受到人们广泛关注。该类材料的典型特征是拥有大的共轭体系,同时还含有多个羰基官能团,从而使该类材料具有结构多样性、比容量高等优点,已成为锂离子电池有机正极材料的研究热点,有望发展成为下一代绿色锂电池有机电极材料。其中本论文采用理论计算的方法,研究了柱醌类化合物作为锂离子电池正极材料的电化学性能,并探究了其与不同类型石墨烯的相互作用,获得了储锂性能优异、结构稳定的复合物材料,为人们设计和寻找新型的多羰基大环化合物提供了理论指导。本论文工作主要分为以下三个方面:1)运用密度泛函理论（DFT）系统地研究了柱[5]醌分子作为锂离子电池正极材料的电化学性质。优化出P5Q分子接受不同电子数与结合不同数量锂原子后的构型。此外,详细讨论了 P5Q嵌锂过程的几何构型、热力学参数、电子结构性质、溶剂化效应和氧化还原平均电压。额外电子在P5Qn-阴离子态中不平均的分布可以减少聚合单元间的排斥作用。理论计算证实...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．?“摇椅式”二次电池工作原理示意图［１９］??
Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１－１．?“摇椅式”二次电池工作原理示意图［１９］??锂离子电池二次电池主要由正极材料、负极材料、隔膜以及电解液等部分组成。当锂??离子电池充电时，锂离子会从正极材料中脱嵌出来，进入电解液穿过隔膜进入负极之中，??负极处于富锂态，正极处于贫锂态。在锂离子向负极定向移动的过程中，电子从正极经过??外电路向负极移动。当锂离子电池放电时，嵌入到负极中的锂又会失去电子形成锂离子，??又会重新的嵌入到正极之中，此时电子从负极经过外电路向正极移动。外电路中电子的迁??移会促使锂离子电池正负极发生氧化还原反应，使电能转化为化学能储存在电池之中。随??着充放电的不断循环，锂离子在正负极之间来回穿梭，类似摇椅来回的摇摆，所以锂离子??电池又称作“摇椅式电池”（图ｌ－ｉ）。??１．３锂离子电池正极材料??正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，一直以来都是人们所关注的重点，改进正??极材料有利于提升锂离子电池的性能。主要表现为以下几点：一是与石墨类的负极材料??
人们的视野中。除此以外，有机电极材料能够从生物和植物中获取具有来源广以及绿色环??保的特性，这个特点满足了当今社会人们对能源的新的要求，例如，从寥科植物虎杖中提??取出的大黄素可以作为正极材料，从其他一些天然植物中提取出腐植酸作为负极（图１－２所??示），将他们组装成锂离子全电池［２６］，该电池在ｌ〇〇ｍＡ／ｇ电流密度下循环１００次后容量仍??能保持６０ｍＡｈ／ｇ，并且库伦效率也能保持在９９％?（见图１－３）。除此之外，该基于生物分子??的锂离子全电池在工作时，拥有较高的工作电压以及能量密度。??３００??１１２０??广’?＾??￡?２００－＾?■?８０?Ｉ＇??．?□?，?．２??＾?１５０－ｆ?－６０?＾??Ｏ?！？?－Ｉ?Ｃｈａｒｇｅ?＾??ａ?１００－＋?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?．?４｛）?〇??°?＿？？錢－２??ｕ?５０－?－?２０?５??！?〇？?．〇?Ｉ??ｗ?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??Ｃｙｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ??图１－３．在１００ｍＡ／ｇ电流密度下该全电池循环１００次时的容量衰减情况［２６］??在本小节中，主要对三种类型的有机正极进行介绍，他们是有机硫化合物、氮氧自由??基化合物和共轭羰基化合物。导电聚合物虽然其发展较早，但是其整体的性能也较差，目??前也很少再作为锂离子电池的电极材料，所以本小节不对其进行讨论。由于本文主要是对??柱醌类化合物作为锂离子电池正极材料进行研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]π-Li-π作用增强羰基分子在石墨烯上吸附的第一性原理研究（英文）[J]. 王建斌,赵庆,王贵昌,李福军,陈军. Science China Materials. 2017(07)
本文编号：2895632
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．?“摇椅式”二次电池工作原理示意图［１９］??
Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１－１．?“摇椅式”二次电池工作原理示意图［１９］??锂离子电池二次电池主要由正极材料、负极材料、隔膜以及电解液等部分组成。当锂??离子电池充电时，锂离子会从正极材料中脱嵌出来，进入电解液穿过隔膜进入负极之中，??负极处于富锂态，正极处于贫锂态。在锂离子向负极定向移动的过程中，电子从正极经过??外电路向负极移动。当锂离子电池放电时，嵌入到负极中的锂又会失去电子形成锂离子，??又会重新的嵌入到正极之中，此时电子从负极经过外电路向正极移动。外电路中电子的迁??移会促使锂离子电池正负极发生氧化还原反应，使电能转化为化学能储存在电池之中。随??着充放电的不断循环，锂离子在正负极之间来回穿梭，类似摇椅来回的摇摆，所以锂离子??电池又称作“摇椅式电池”（图ｌ－ｉ）。??１．３锂离子电池正极材料??正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，一直以来都是人们所关注的重点，改进正??极材料有利于提升锂离子电池的性能。主要表现为以下几点：一是与石墨类的负极材料??
人们的视野中。除此以外，有机电极材料能够从生物和植物中获取具有来源广以及绿色环??保的特性，这个特点满足了当今社会人们对能源的新的要求，例如，从寥科植物虎杖中提??取出的大黄素可以作为正极材料，从其他一些天然植物中提取出腐植酸作为负极（图１－２所??示），将他们组装成锂离子全电池［２６］，该电池在ｌ〇〇ｍＡ／ｇ电流密度下循环１００次后容量仍??能保持６０ｍＡｈ／ｇ，并且库伦效率也能保持在９９％?（见图１－３）。除此之外，该基于生物分子??的锂离子全电池在工作时，拥有较高的工作电压以及能量密度。??３００??１１２０??广’?＾??￡?２００－＾?■?８０?Ｉ＇??．?□?，?．２??＾?１５０－ｆ?－６０?＾??Ｏ?！？?－Ｉ?Ｃｈａｒｇｅ?＾??ａ?１００－＋?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?．?４｛）?〇??°?＿？？錢－２??ｕ?５０－?－?２０?５??！?〇？?．〇?Ｉ??ｗ?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??Ｃｙｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ??图１－３．在１００ｍＡ／ｇ电流密度下该全电池循环１００次时的容量衰减情况［２６］??在本小节中，主要对三种类型的有机正极进行介绍，他们是有机硫化合物、氮氧自由??基化合物和共轭羰基化合物。导电聚合物虽然其发展较早，但是其整体的性能也较差，目??前也很少再作为锂离子电池的电极材料，所以本小节不对其进行讨论。由于本文主要是对??柱醌类化合物作为锂离子电池正极材料进行研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]π-Li-π作用增强羰基分子在石墨烯上吸附的第一性原理研究（英文）[J]. 王建斌,赵庆,王贵昌,李福军,陈军. Science China Materials. 2017(07)
本文编号：2895632
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