论文部分内容阅读
2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯(2,3,6,7,10,11-Hexahydroxytriphenylen,HHTP)具有较多的能够与金属离子反应的有效官能团以及较好的物理化学性能,成为近年来备受青睐的一类导电金属有机框架(Conductive MOF)的配体材料。目前,有此类配体制备的导电MOF在电化学储能领域中均表现出优越的电化学行为,但是其在储锂领域的研究依然处于探究阶段。因此,本论文主要选取以HHTP这一有机物为配体的导电MOF为研究目标,采用不同金属离子,不同溶剂,制备了形貌相同的一系列导电MOF,并探究了其在锂离子存储方面的应用潜力和锂离子的存储机制。主要研究内容如下:(1)采用了溶剂热法制备了Cu3(HHTP)2纳米线,其直径约为50 nm,长度约为500nm,将其作为负极材料制备成锂离子电池后进行电化学测试,发现其在200 mA g-1的电流密度下展现出631 mAh g-1的的放电容量,即便在2000 mA g-1的高电流密度下,仍然具有381 mAh g-1的高放电容量。而且,其还具备良好的循环稳定性,在500 mA g-1的电流密度下循环500圈后仍保留有81%的放电容量。而将其与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)以合适的比例制备成全电池后,其能量密度更是达到275 Wh kg-1,可与其他材料制备的全电池相比较,且同时具有良好的循环稳定性,因此,Cu3(HHTP)2具有优越的储锂能力,是一种潜在的锂离子电池(LIBs)负极材料。(2)采用了水热法制备了Co3(HHTP)2纳米线,其形貌与Cu3(HHTP)2形似,但是直径和长度较小,分别为50和300 nm,因此其在XRD图谱中未有明显的衍射峰显现。同样将其作为负极材料制备成锂离子电池后,进行电化学测试,发现其不仅具有较快的锂离子扩散速率,而且在500 mA g-1的电流密度下循环300圈后的放电比容量约为577mAh g-1,即便在2000 mA g-1的较大电流密度下,其放电比容量依然可达380 mAh g-1。此后,将其与自制的活性碳(AC)以1:2.5的比例制备成为锂离子电容器(LIC),在功率密度约为10 kW kg-1,相对应的能量密度为64 Wh kg-1时,同时兼备高容量密度和高功率密度。由此可见,其作为LIC负极材料的优越性。(3)同样采用水热法制备了以HHTP为配体,Ni2+,Mn2+,Zn2+为与之配位的金属离子,制备了同类型的导电MOF,将其作为负极材料制备锂离子电池后测试,并探究其储锂机制。其中Ni3(HHTP)2展示出较好的倍率性能,即便在2000 mA g-1的大电流密度下,仍然表现出较高的放电比容量约为428 mAh g-1,比此前的Cu3(HHTP)2和Co3(HHTP)2要高出许多。而新合成的Zn3(HHTP)2和Mn3(HHTP)2同样展示出较好的循环稳定性,特别是Zn3(HHTP)2,其在500 mA g-1的电流密度下可充放循环1000圈后仍保持391 mAh g-1的放电比容量。Mn3(HHTP)2在相同电流密度下则可以充放循环500圈仍保持稳定。此外通过非原位XRD、循环后的X射线光电子能谱(XPS)以及循环后透射电镜(TEM)等测试手段,可以判断此类导电MOF的储锂位点主要是苯环、孔以及层间。这将为此类导电MOF材料后续的结构优化以及拓展应用指明方向。