三联吡啶基金属-有机配合物及其衍生材料在锂离子电池中的应用

摘要

金属-有机配合物是由金属节点和有机配体通过配位键连接而成的有机-无机杂化材料，与传统的电极材料相比，具有结构多样性、有序性、可设计性、可裁剪性、多孔性及高比表面性等特点。本论文旨在设计和合成新颖的金属-有机配合物并将其用作锂离子电池的电极材料，利用此类材料的可设计性将 Mn+/Mm+、N/Nm+、羧基基团等多放电中心引入到材料中，并通过调节材料的晶型、结构、孔径，进而有效地调控材料的电性能以期获得高容量、循环性能优异的新型电极材料。本文的的主要研究内容如下： 1.我们利用 Kr?hnke成环策略，以2-乙酰吡啶-4-甲酸乙酯和糠醛为原料合成了[2,2':6',2"-三联吡啶]-4,4',4"-三羧酸有机配体，进一步用LiOH中和，再利用此配体与Fe(II)进行配位自组装，即可合成三联吡啶基富锂铁配合物，并借助1HNMR、2D COSY、FTIR、TGA、SEM等手段对其结构、形貌进行了表征。在此配合物中我们成功地引入了Fe(II)、吡啶N和羧酸基团等多个放电位点，相关电化学性能测试表明，合成的三联吡啶基富锂铁配合物是一种优良的锂离子电池负极材料，0.3 C倍率下充放电循环100周期比容量为290 mAh/g。此外，为了进一步提高和改善其电化学性能，我们联合使用机械混合和超声分散的方法制备了三联吡啶基富锂铁配合物/石墨复合材料。相关电性能测试结果显示：加入石墨后，电池的电荷转移阻抗值变小，充放电比容量提高。 2.我们利用 Kr?hnke成环策略，以苯甲醛和2-乙酰吡啶为原料制备4-苯基-2,2,6,2-三联吡啶有机配体，利用此配体与 Fe(II)进行自组装合成三联吡啶铁配合物，并将此配合物进行高温煅烧获得了一种新型的碳基铁氮复合材料。并借助1HNMR、SEM、EDX、XRD、XPS、TGA、BET等手段对配合物及其衍生的碳基铁氮复合材料结构、形貌进行了表征。其表征结果显示碳基铁氮复合材料是一种纳米级别的介孔材料,且材料的孔径分布比较集中，这样有利于锂离子在其中迁移。我们将其用作锂离子电池电极材料并对其电化学储锂性能进行了研究。测试结果表明，碳基铁氮复合材料是一种优良的锂离子电池负极材料，该材料0.3 C倍率下充放电循环100周期比容量为390 mAh/g。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 传统无机电极材料

1.2.2负极材料

1.3金属-有机配合物

1.4金属-有机配合物在锂离子电池正极中的应用

1.5金属-有机配合物在锂离子电池负极中的应用

1.6选题意义以及论文内容

第二章 三联吡啶基富锂铁配合物的合成及其在锂离子电池中的应用

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 三联吡啶基富锂铁配合物材料电化学性能

2.5 三联吡啶基富锂铁配合物/石墨复合材料在锂离子电池上的应用

2.6本章小结

第三章 三联吡啶基铁配合物衍生材料的制备及在锂离子电池中的应用

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4碳基铁氮复合材料8的电化学性能

3.5本章小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢