對苯二甲酸鹽有機負極材料的研究.pdf

1、隨著現代科學技術的飛速發(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)新體系成了是當前二次電池儲能材料研究的重要課題。有機材料由于來源廣、無毒無污染、結構多樣等優(yōu)點成為替代能源的首選。然而傳統(tǒng)有機材料由于自身固有的電子電導率低、易溶解于電解液有機溶劑等問題，嚴重阻礙了其應用發(fā)展。本論文以有機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。主要工作和結果可歸納如下：
　?。?）針對提高有機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電極材料導電性的實驗方法，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）和石墨烯的復合物。一方面提高活性物質的電導率；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，以提高活性物質利用率。在鋰、鈉離子半電池中，復合

3、材料均表現出了良好的倍率性能。特別是 Na2TP/G材料不僅表現出了優(yōu)異的倍率性能，還表現出了良好的循環(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/乙炔黑的復合材料，以及 CaTP/Ag的復合材料，均表現出了比純材料CaTP優(yōu)異的倍率性能。特別是CaTP/Ag復合材料，不僅CaTP和A

4、g復合均勻，而且顆粒形貌均勻，尺寸均保持在納米范圍。通過實驗發(fā)現當Ag的前驅物AgNO3含量為CaTP質量的5％時，所得復合材料的電化學性能最好。
　　鑒于CaTP在鋰離子電池中的優(yōu)異表現，進一步研究探討了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行了循環(huán)伏安測試和恒流充放電測試。發(fā)現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電劑Ag的存在。
　?。?）在水溶液中通過沉淀反應合成苯二甲酸銀（Ag2TP）有機負極納米材料，合成方法簡單。首次將 Ag2TP作為電極材料進行研究，分別研究了其在鋰、鈉離子電池中的電化學性能。通過非原位 X射線衍射技術和非原位傅里葉紅外波譜技術對其反應機理進行了探索研究。發(fā)現在首周放電過程中，Ag+離子就被還原成Ag單質，此過程不可逆。Ag單質均勻分

6、散在電極材料中充當導電媒介，因而電極表現出了優(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，平均放電比容量達到149 mAh g-1，高于其理論比容量141 mAh g-1。通過研究發(fā)現 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，而且具有高的電導率，可以作為非常有前景的電極材料應用。
　　其次，把 Ag2TP的應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性能。發(fā)現 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。在經過一系