對苯二甲酸鹽有機(jī)負(fù)極材料的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，儲能需求日益增加，鋰離子電池作為新型儲能器件的代表，其應(yīng)用越來越廣泛。然而，隨著鋰資源的日益短缺，原材料價格的不斷上漲，發(fā)展新材料、開發(fā)新體系成了是當(dāng)前二次電池儲能材料研究的重要課題。有機(jī)材料由于來源廣、無毒無污染、結(jié)構(gòu)多樣等優(yōu)點成為替代能源的首選。然而傳統(tǒng)有機(jī)材料由于自身固有的電子電導(dǎo)率低、易溶解于電解液有機(jī)溶劑等問題，嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用發(fā)展。本論文以有機(jī)電極材料對苯二甲酸鹽為研究對象，旨在提高對苯二酸鹽電極

2、材料的導(dǎo)電性，降低其溶解性，改善倍率性能和循環(huán)壽命。主要工作和結(jié)果可歸納如下：
　?。?）針對提高有機(jī)電極材料的倍率性能展開一系列探討研究。發(fā)展了一種有效提高有機(jī)電極材料導(dǎo)電性的實驗方法，即利用噴霧干燥的方法分別制備了對苯二甲酸鋰（Li2TP）、對苯二甲酸鈉（Na2TP）和石墨烯的復(fù)合物。一方面提高活性物質(zhì)的電導(dǎo)率；另一方面制備形貌均勻，一次顆粒尺寸極?。{米級）的疏松多孔球形顆粒，以提高活性物質(zhì)利用率。在鋰、鈉離子半電池中，復(fù)合

3、材料均表現(xiàn)出了良好的倍率性能。特別是 Na2TP/G材料不僅表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能，還表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.1 C倍率下循環(huán)350周仍然具有明顯的充放電平臺。
　?。?）圍繞對苯二甲酸鈣（CaTP）的儲能特性以及提高其電導(dǎo)率的目的展開了一系列試驗研究。先后制備出了 CaTP、CaTP/乙炔黑的復(fù)合材料，以及 CaTP/Ag的復(fù)合材料，均表現(xiàn)出了比純材料CaTP優(yōu)異的倍率性能。特別是CaTP/Ag復(fù)合材料，不僅CaTP和A

4、g復(fù)合均勻，而且顆粒形貌均勻，尺寸均保持在納米范圍。通過實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ag的前驅(qū)物AgNO3含量為CaTP質(zhì)量的5％時，所得復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好。
　　鑒于CaTP在鋰離子電池中的優(yōu)異表現(xiàn)，進(jìn)一步研究探討了CaTP作為鈉離子和鉀離子電池電極材料的可能性。對以CaTP和CaTP/Ag-5為研究對象裝配成的鈉離子和鉀離子半電池分別進(jìn)行了循環(huán)伏安測試和恒流充放電測試。發(fā)現(xiàn)CaTP可以用于鈉離子和鉀離子電池，得到的改性材料 CaTP/Ag

5、-5的倍率性能更好，比容量更高。這可能得益于CaTP/Ag-5更小的顆粒尺寸和導(dǎo)電劑Ag的存在。
　?。?）在水溶液中通過沉淀反應(yīng)合成苯二甲酸銀（Ag2TP）有機(jī)負(fù)極納米材料，合成方法簡單。首次將 Ag2TP作為電極材料進(jìn)行研究，分別研究了其在鋰、鈉離子電池中的電化學(xué)性能。通過非原位 X射線衍射技術(shù)和非原位傅里葉紅外波譜技術(shù)對其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探索研究。發(fā)現(xiàn)在首周放電過程中，Ag+離子就被還原成Ag單質(zhì)，此過程不可逆。Ag單質(zhì)均勻分

6、散在電極材料中充當(dāng)導(dǎo)電媒介，因而電極表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)性能。Ag2TP對鋰的半電池，在1 C倍率下循環(huán)500周，平均放電比容量達(dá)到149 mAh g-1，高于其理論比容量141 mAh g-1。通過研究發(fā)現(xiàn) Ag2TP晶體具有納米級的顆粒尺寸和均勻的形貌，這為電解液的浸潤提供有利條件。Ag2TP電極的倍率性能也非常好，高倍率下的容量保持率也非常高,在4 C倍率下放電比容量為122 mAh g-1，為理論比容量的87%。過

7、渡金屬-有機(jī)框架材料（Transition Metal Organic Frameworks）Ag2TP不僅具有高的比表面積，而且具有高的電導(dǎo)率，可以作為非常有前景的電極材料應(yīng)用。
　　其次，把 Ag2TP的應(yīng)用推廣到鈉離子電池中，并研究了其在鈉離子電池中的電化學(xué)性能。發(fā)現(xiàn) Ag2TP在鈉離子電池中同樣有非常穩(wěn)定的循環(huán)性能和良好的倍率性能。在普通電解液中，1 C倍率下循環(huán)100周，平均放電比容量為133 mAh g-1。在經(jīng)過一系