MOF基碳復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，開發(fā)環(huán)境友好、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全系數(shù)高的儲(chǔ)能電子器件成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的商業(yè)石墨相比，碳基復(fù)合材料作為電池的電極材料時(shí)具有較好導(dǎo)電能力、良好的機(jī)械性能以及較高的理論比容量和能量密度，目前，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域中。本文以金屬有機(jī)結(jié)構(gòu)框架（MOFs）作為模板，制備多孔碳基復(fù)合材料，研究其作為電極材料在鋰離子電池和鋰硫電池中的儲(chǔ)鋰性能。研究發(fā)現(xiàn)，氮摻雜多孔碳材料具有較好的電化學(xué)性能，如

2、較穩(wěn)定的循環(huán)性能，良好的倍率性能等。本文主要工作歸納為以下三個(gè)部分：
　　（1）以正十二面體核殼結(jié)構(gòu)的ZIF8@ZIF67為前驅(qū)體，在氬氣氣氛中800℃碳化3 h后得到雙金屬嵌入的氮摻雜多面體碳納米籠，并表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性質(zhì)。在電流密度為200 mA g-1時(shí)，其首圈放電比容量可達(dá)到809 mA h g-1，充放電循環(huán)400圈之后，其放電比容量仍能保持在702 mA h g-1。此外，當(dāng)電流密度高達(dá)2 A g-1，放電比容量仍能

3、保持在444 mA h g-1。如此優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)主要?dú)w因于雙金屬的嵌入提高了結(jié)構(gòu)的完整性；氮原子的摻雜帶來(lái)了更多的活性位點(diǎn)以及空心結(jié)構(gòu)可以緩沖充放電過(guò)程中的體積膨脹。
　?。?）以傳統(tǒng)的ZIF8為前驅(qū)體，在氬氣氣氛下通過(guò)改變碳化溫度，制備出不同含氮量和比表面積的多孔氮摻雜碳復(fù)合材料并以此作為單質(zhì)硫的載體。當(dāng)碳/硫復(fù)合物作為鋰硫電池的正極材料時(shí)，經(jīng)研究表明，在800℃的條件下高溫碳化后所制備的碳材料作為載體時(shí)，表現(xiàn)出最為優(yōu)異的電

4、化學(xué)性能。當(dāng)復(fù)合物中單質(zhì)硫的含量為55％，電流密度為800 mA g-1時(shí)，其首圈的放電比容量可高達(dá)1646 mA h g-1，已經(jīng)接近了單質(zhì)硫的理論放電比容量，充放電循環(huán)400圈后，充放電比容量仍能夠保持在600 mA h g-1而庫(kù)倫效率仍能接近100%。該復(fù)合材料較為突出的電化學(xué)性能主要?dú)w因于合適的氮含量以及比表面積相互協(xié)同。
　?。?）以 ZIF8@ZIF67為前驅(qū)體，室溫下將前驅(qū)體與磷酸二氫銨按不同比例混合并研磨，在適當(dāng)