论文部分内容阅读
锂离子电池由于能量密度高,使用寿命长,环保等多种优势受到研究者的广泛关注。随着电子产品的不断更新换代,市场对锂电池的性能要求越来越高,快速充电和高比能量成为研究的热点。而电动汽车行业的推进,把锂电池的研究又推向了一个高潮。改进锂电池的性能,从根本上来说就是改变锂电池的电极材料以及电解液,所以找到一种合适的电极材料是其中一个突破口。金属有机骨架材料,是一种金属和有机配体以配位键相结合的新型配合物,目前在电化学方面也引起了研究者的关注,多孔结构有利于锂的脱嵌与存储,有希望成为一种优势电极材料。本研究通过简单的水热合成方法,一步制备金属有机骨架材料,对其进行改性复合,并作为锂电池负极材料做了测试研究,得到以下结论:(1)以锌为主要配位中心,通过水热合成方法成功制备出了5种不同结构的金属配合物,分别使用单晶X射线衍射仪(S-XRD)、粉末X射线衍射仪(P-XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试手段对这5种不同配合物结构、形貌、组成进行分析。将这5种材料制作成负极片,组装成纽扣电池后测试电池性能。其中使用4,5-咪唑二羧酸配体(4,5-Im)合成出一种含有锂、锌两种金属新型配合物(4,5-ImZnLi),在50mAh/g的电流密度条件下进行100次充放电循环,首次放电比容量为558mAh/g,100次循环后放电容量为75mAh/g。(2)改性4,5-ImZnLi,在空气和氮气气氛中分别烧结4h,烧结温度依次为400℃、500℃、600℃,结果碳残留较多的样品展现了更好的电化学性能,恒流充放电过程中有更长的放电平台,倍率性能测试后,材料性能相对稳定。(3)使用超声法和水热法两种方式复合石墨烯,4,5-ImZnLi结构并未发生变化,电池性能却有了较大的提升,其中超声复合石墨烯性能较优异,50mAh/g电流密度下进行恒流充放电,首圈比容量1090mAh/g,循环100次之后仍可保持140mAh/g。(4)通过水热合成方法掺杂钴元素,合成出锂、锌、钴三种金属的新型配合物,利用检测仪器对其结构、形貌、组成进行分析,发现这种新型配合物与4,5-ImZnLi相比几乎未发生变化。在电池性能测试中,这种新型配合物虽然出现了一个短的放电平台,但性能同样没有明显的提升。