ZIF-8基碳材料的制备及其储锂性能的研究

发布时间：2020-05-10 20:20

【摘要】：随着能源资源的消耗与环境污染问题的加剧,锂离子电池成为当今研究热点。金属有机框架材料是一种具有多孔结构的新型晶体材料,具有大比表面积、大孔隙率、良好稳定性等特点,基于这些特点使其在储能、催化及传感等领域有着潜在的应用。本论文以ZIF-8为研究对象,优化合成了十二面体和立方体结构的ZIF-8前驱体,探讨了煅烧温度以及石墨烯引入对其电化学性能的影响,并对其储锂机制进行探讨,得到如下结论:(1)优化合成了十二面体和立方体结构的ZIF-8。十二面体ZIF-8基碳材料的电化学性能远远高于立方体结构ZIF-8基碳材料。在2000 mA g-1大电流充放电时,十二面体ZIF-8基碳材料放电比容量为250 mAh g-1,是同样放电制度下立方体ZIF-8基碳材料放电比容量的2倍。经100次100 mAg·1下充放电循环,十二面体ZIF-8基碳材料的放电比容量(423 mAhg-1)和容量保持率(99.6%)均高于立方体ZIF-8基碳材料。(2)调控煅烧温度合成了三种ZIF-8基碳材料,分别记为N-C-800、N-C-950和N-C-1100样品,对比发现呈现特殊的向内收缩的凹面十二面体结构,且掺杂氮以吡咯氮为主的N-C-950样品具有最优的电化学性能,在500 mA g-1电流密度下,放电比容量可达921 mAhg-1,在2000mAg-1电流密度下循环200次后放电比容量为578mAhg-1,容量保持率为98.5%。原位TEM分析结果表明N-C-950样品的凹面结构在提升电化学性能方面起关键的作用。在凹面处,含有更多的氮,缺陷程度更大,能量存储位点变多,有利于锂离子更好的传输。(3)引入200 mg氧化石墨烯GO合成的样品,煅烧前、后均呈现大小均一的十二面体颗粒均匀分布在二维石墨烯片上的结构。氮掺杂碳/还原氧化石墨烯复合材料C-N/rGO(200mg)样品在100 mA g-1电流密度下放电比容量为1010 mAh g-1;在2000mAg-1大电流充放电时,放电比容量能够达到441mAhg-1,远远高于氮掺杂碳(C-N)材料做负极时的电化学性能。这归因于C-N/rGO(200mg)复合材料中石墨烯片与十二面体结构ZIF-8基碳颗粒共同构建的三明治特殊结构。
【图文】：

对组装好的半电池进行不同电流密度的充放电测试。逡逑半电池组装顺序分别为负极壳、锂片、电解液、隔膜、电解液、实验极片、逡逑垫片、弹片、正极壳。装配制备流程如图２－２所示，制备方法如下：逡逑１３逡逑

￣｜邋溶剂逡逑烘干、冲片逡逑图２－１电极片制备示意图逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｐａｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ逡逑２．３．２半电池装置的组装顺序逡逑半电池组装之前，选取的负极壳、隔膜、垫片、弹片、正极壳在１００％真空中逡逑干燥２４ｈ，选择锂片做对电极，，电解液为１邋ｍｏｌｌ／１六氟磷酸锂（ＬｉＰＦ６）的碳酸二逡逑甲酯（ＤＭＣ）／碳酸甲乙酯（ＥＭＣ）／碳酸乙烯酯（ＥＣ），其中ＤＭＣ、ＥＭＣ、ＥＣ体积逡逑比为１：１：１。逡逑为了更好的测量Ｃ电极材料的电化学性能，将活性材料做成电极片后，在充逡逑满Ａｒ气氛中的手套箱里组装成半电池，利用蓝电ＬＡＮＤ邋ＣＴ２００１Ａ电池测试系统逡逑对组装好的半电池进行不同电流密度的充放电测试。逡逑半电池组装顺序分别为负极壳、锂片、电解液、隔膜、电解液、实验极片、逡逑垫片、弹片、正极壳。装配制备流程如图２－２所示，制备方法如下：逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11

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本文编号：2657845