基于MOFs的碳材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2023-06-05 01:34

　　随着电动汽车在汽车行业的极速发展,以石墨为负极的传统锂离子电池不能满足日益增长的需要,因此开发具有更高能量密度的锂离子电池和锂硫电池已成为国内外的研究热点,而MOFs衍生的碳材料具备其独有的优势,具有较高的比表面积、可控孔结构和导电网络等优点。本文采用室温搅拌法合成了不同比例的Co_xZn_yZIF-8材料,经过热处理合成了Co₃ZnC材料并研究其储锂性能。在高温煅烧过程中,存在二甲基咪唑配体瓦解和金属粒子的迁移的现象,由此形成了外表较为粗燥的双金属嵌入碳纳米笼。当锌钴比为8:2时,即Co₃ZnC-8:2,材料的倍率性能和循环性能最好;当电流密度为0.1 A g^-1时,电极材料的放电比容量达到598 mAh g^-1。在循环100圈后,放电比容量保持率在90%左右。材料的完整度越高,离子的运输路径越短,锂离子和电子就能更快速扩散,电池的容量越高;还有N原子的掺杂也可以增加更多的活性位点,增加锂离子的存储量。通过不同扫描速率的CV曲线计算出的电容贡献率在50%以上...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池简介
    1.3 金属有机骨架化合物-MOF的相关研究
        1.3.1 金属有机骨架化合物材料的种类
        1.3.2 金属有机骨架化合物衍生的碳材料的相关研究
        1.3.3 MOFs衍生的碳材料在锂离子电容器方面的研究
    1.4 MOFs衍生材料作为锂硫电池正极材料的相关研究
        1.4.1 锂硫电池简介
        1.4.2 锂硫电池的工作原理
        1.4.3 锂硫电池的缺点
        1.4.4 MOFs衍生材料作为锂硫电池正极材料的相关研究
    1.5 本文的研究目的和主要研究内容
        1.5.1 本文的研究目的
        1.5.2 本文的主要研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验原料和仪器
        2.1.1 实验原料及试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的物理性能表征
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 透射电子显微镜分析
        2.2.3 场发射扫描电子显微镜分析
        2.2.4 比表面积和孔径分布分析
        2.2.5 热重测试分析
    2.3 材料的电化学性能表征
        2.3.1 电极片的制备及电池组装
        2.3.2 充放电循环性能测试
        2.3.4 循环伏安特性测试
        2.3.5 交流阻抗测试
        2.3.6 锂离子电容器性能测试
第3章 ZIF-8 衍生Co₃ZnC碳材料的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 Co₃ZnC的制备
    3.3 Co_xZn_yZIF-8和Co₃ZnC的XRD分析
    3.4 Co_xZn_yZIF-8和Co₃ZnC的TEM分析
    3.5 Co₃ZnC的 BET分析
    3.6 Co₃ZnC的性能分析
        3.6.1 Co₃ZnC充放电循环性能分析
        3.6.2 Co₃ZnC-8:2循环伏安性能分析
        3.6.3 Co₃ZnC-8:2电容贡献率
        3.6.4 Co₃ZnC的阻抗性能分析
        3.6.5 锂离子电容器性能分析
    3.7 本章小结
第4章 ZIF-67 衍生Co₃O₄ 碳材料的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 多孔碳材料的制备
        4.2.1 纳米ZIF-67的制备
        4.2.2 多孔Co₃O₄-N-C的制备
        4.2.3 Co₃O₄-N-C/rGO的制备
        4.2.4 Co₃O₄-N-C/rGO-S的制备
    4.3 多孔碳材料的XRD分析
    4.4 多孔碳材料的TEM和 SEM分析
    4.5 Co₃O₄-N-C/rGO-S的热重分析
    4.6 多孔碳材料的电化学性能分析
        4.6.1 多孔碳材料的充放电循环性能分析
        4.6.2 多孔碳材料的循环伏安性能分析
        4.6.3 多孔碳材料的阻抗性能分析
    4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3831423