锂电池有机羰基化合物电极材料的研究

摘要

近年来，相对传统铅酸蓄电池，由于锂离子电池具有高电压、高容量、高能量、循环寿命长和安全性能好等一些优点，在各种便携式电子产品、交通工具、航空航天、国防等各种领域具有非常广阔的应用前景，目前已经成为被广泛研究开发的热点。
　　在锂离子电池的研究领域中，当前基于电极材料有关的研究仍然主要集中在以无机材料为中心的材料体系。传统无机电极材料由于其理论比容量和结构单一性所限，能量密度很难进一步提高。此外，大规模无机电极材料的应用不可避免地带来了资源短缺和严重的环境污染等一系列问题。而有机材料具备理论比容量较高、成本低廉、结构多样、柔韧性、易加工性等优良特性，可望逐步取代无机电极材料。更重要的是，由于大部分有机物可以直接从天然的植物中提取出来，或者是通过有机合成方法进行绿色加工而来，所以有机电极材料的应用能够使锂电池整个循环运作过程有效地实现绿色环保可持续性发展。
　　本文选用有机羰基化合物作为电极材料的研究对象，使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外(FT-IR)等先进技术对材料的结构和形貌进行了剖析，还选用了充放电循环测试、循环伏安法、交流阻抗法等电化学研究方法对其充放电容量、倍率、循环寿命等性能进行了深入细致地探索。本论文的主要工作分为如下两个部分：
　　1、以单宁酸作为有机电极的活性物质，但由于其固有的导电性差、易溶解的问题使得它可能无法达到理想的比容量和能量密度。针对这一问题，我们通过使用不同浓度的新型锂盐双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)代替传统的锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)构成电解液来抑制单宁酸在其中的溶解，提高活性物质的利用效率，进而改善单宁酸电极的实际比容量、倍率以及循环稳定性。
　　2、以叶酸作为基本物质，加入不同的金属离子 Co2+、Ni2+、Fe3+采用溶剂热法制备了五元环配位化合物，并以此作为电极材料的活性物质。该材料的结构稳定、制备工艺简单、成本低廉，关键是有效地改善了叶酸在电解液中溶解导致的容量低、倍率性能差、循环性差等一系列问题，从而达到了良好的实际效果。
　　这些研究结果会进一步增进人们对有机羰基化合物电极材料的关注和认识，为其他有机电极材料、电解液等方面的研发提供一定的参考价值和理论支撑。基于此，我们将不断地尽力开发更多具有广阔应用前景的有机电极材料，并研究与之匹配的电解液，并将它们应用于各类新型储能器件当中，期待它们将在新能源时代大放异彩，为人类带来更多的福利。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池概述

1.3 锂离子电池有机电极材料

1.4 锂离子电池电解质溶液

1.5 本论文的选题意义及研究内容

第2章 实验原料、仪器及方法原理

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 材料形貌和结构表征

2.4 电化学性能测试

2.5 本章小结

第3章 LiTFSI改善单宁酸电极的电化学性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 通过制备金属有机配合物改善叶酸电极的电化学性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果