论文部分内容阅读
有机电极材料以资源丰富、来源广泛、电极电位可以调控、绿色环保对生态友好、分子结构可设计性强等优势逐渐被用做锂离子电池的电极材料。但是,当前有机电极材料还存在很多问题,如:易溶于电解液中导致分子结构稳定性不好,电子导电性差从而得到较差的实际比容量等。本文主要从增加有机电极材料的导电性和解决材料的易溶解问题着手,主要内容和结果如下:因为制备小分子羰基化合物的金属盐可以增加材料的极性,缓解有机材料在有机电解液中的溶解行为。所以在本章,通过酸碱中和反应机理分别将2,6-萘二羧酸（2,6-NDCA）合成具有不同碱金属离子取代的三种2,6-萘二羧酸盐,即2,6-萘二羧酸二锂盐（2,6-Li2NDC）、2,6-萘二羧酸二纳盐（2,6-Na2NDC）以及2,6-萘二羧酸二钾盐（2,6-K2NDC）。三种同类型萘二羧酸盐材料结合表征分析和电化学性能结果分析进行对比,研究电极材料被同一主族的金属离子取代后的电化学性能结果的区别。研究表明这类羧酸类羰基化合物能够可逆的储锂,其中,2,6-Li2NDC的循环性能、倍率性能都最好。从材料的表征结果来分析,这主要是因为2,6-Li2NDC表面缺陷多,从而活性位点多,所以其电化学性能优于2,6-Na2NDC和2,6-K2NDC。为了拓展有机电极材料的应用领域,将2,6-K2NDC用作钾离子电池负极材料。研究结果表明,2,6-K2NDC利用分子结构中的羰基的可逆变化进行放电与充电过程,其循环性能和倍率性能表现都较优异。但是,有机电极材料本身的导电性就不佳,针对这个问题,可以通过添加一定的导电材料对2,6-K2NDC进行改性处理。将2,6-K2NDC与GO以4:1的质量比利用水热干燥法复合得到复合材料2,6-K2NDC@GO,然后探究其综合性能。结果表明,复合材料2,6-K2NDC@GO的电化学性能优于2,6-K2NDC。为了进一步探索复合材料的配比,将2,6-K2NDC与GO的质量比改为5:1和3:1。结果表明,两种比例的数据都很差,长循环过程中容量大幅度下降,结构极不稳定。因此,2,6-K2NDC与GO的最佳复合质量比例为4:1。考虑到有机材料的来源广,资源丰富的特点,选择金属酞菁化合物-酞菁镍四磺酸四钠盐（TsNiPc）用做锂离子电池负极材料,探究其形貌结构特点、储锂性能以及电化学反应机理。TsNiPc分子结构高度共轭,活性位点多,有利于材料导电。而且,分子结构中存在磺酸钠基团,有助于改善有机材料在有机电解液中的溶解问题。为了进一歩的提高材料的导电性,将TsNiPc与GO以质量比为4:1的比例复合,得到复合材料TsNiPc@GO。将TsNiPc与TsNiPc@GO进行对比研究。研究结果表明,复合GO后,TsNiPc的形貌从颗粒状变成了柔性层状结构,复合材料中出现了π-π效应,分子结构更加稳定,其电化学性能得到了显著的提高。通过非原位红外测试可知,TsNiPc首先通过离子取代变为更稳定的结构,然后才开始实现可逆的电子转移。