锂离子电池有机嵌锂材料的合成及性质研究

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锂离子电池因嵌锂材料的多样性,其性能有不断提升的空间。有机嵌锂材料具有可再生、环境友好和理论容量高,因此被认为是未来锂离子电池的理想电极材料。然而有机嵌锂材料存在比较多的问题,如作为正极材料存在放电电位和实际充放电比容量低以及循环性能比较差等问题,特别是放电平台低问题。因此针对这些问题本论文做了以下工作来提高有机嵌锂材料的电化学性能和放电平台。  第三章合成了一个新颖的有机锂盐,即1,5-二羟基蒽醌二锂盐([Li2(C14H6O4)])作为锂离子电池嵌锂材料。结果表明了在充放电电流密度分别为22和111mA/g条件下,[Li2(C14H6O4)]首次放电容量为126和115mAh/g,相应的首次充放电效率分别为99.2%和98.3%,50次循环后放电比容量分别衰减了5%和13%,表明了较高的容量和较好的循环稳定性,是一种有希望的锂离子电池嵌锂材料。然而这种嵌锂材料作为正极材料,放电平台相对比较低(1.5和1.7V)。因此可以通过化学方法提高[Li2(C14H6O4)]的放电电位。  第四章在蒽醌上添加不同数目的羟基基团,即蒽醌(AQ)、1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)、1,2,7-三羟基蒽醌(1,2,7-THAQ)、1,2,5,8-四羟基蒽醌(1,2,5,8-THAQ)作为锂离子电池嵌锂材料,并研究他们的电化学性能。结果表明了AQ、1,5-DHAQ、1,2,7-THAQ和1,2,5,8-THAQ初始放电容量分别为155、140、131和119mAh/g,30次循环后四种材料的放电比容量为~100mAh/g。探讨了放电电位与蒽醌上含不同数目的羟基基团之间关系,结果表明了随着羟基基团增加,蒽醌的放电电位从2.1V增加到3.1V,与密度泛函理论(DFT)计算化合物的LUMO值一致。这些蒽醌及其衍生物都可以从植物里提取,是可再生的绿色电池材料。  第五章在蒽醌上添加不同基团,即蒽醌(AQ)、1,5-二羟基蒽醌(OH-AQ)、1,5-二硝基蒽醌(NO2-AQ)、2-甲基蒽醌(CH3-AQ)作为锂离子电池嵌锂材料,并研究他们的电化学性能。结果表明了AQ、OH-AQ、NO2-AQ和CH3-AQ初始放电容量分别为155、140、124和147mAh/g,30次循环后四种材料的放电比容量均为~100mAh/g。研究了含不同基团与放电电位之间的关系,结果表明了在蒽醌上分别添加2个OH、2个NO2和1个CH3基团,放电平台并没有相应提高或降低,与没有添加基团的蒽醌放电电位相近,约为2.1V。  第六章探讨了四氟对苯醌(TFBQ)作为锂离子电池嵌锂材料的电化学性能及放电电位。结果表明了TFBQ嵌锂材料充放电平台在3.2V,相对醌类和其他有机正极材料的放电平台~2.0V要高,为提高有机正极材料的放电平台起到了借鉴作用。然而TFBQ嵌锂材料的充放电实际容量比较低,循环性能差,可能与样品的形貌和样品本身电子导电性差有关。
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