碳化密胺泡绵在电极材料中的应用

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由于对社会发展要求的不断提高以及传统化石燃料的逐渐枯竭,全球对能源利用和存储的需求持续快速的增长。锂离子电池(LIBs)的出现彻底改变了我们的生活方式和工作模式,使得世界上的电子信息产品发展迅猛,尤其是电动汽车类产品。然而传统的商用负极材料是石墨,理论容量较低,极大的限制了其在锂离子电池中的应用。为了更好的满足日益增长的大众需求,需要在便利性和使用寿命方面匹配良好的电化学储能性能,开发出有更高容量和更好的电化学性能的电极材料。密胺泡绵(MS)是一种以三聚氰胺为原料制取的价格便宜、广泛获得、环境友好、具有三维网络状结构的材料。其出色的机械性能使其被选作合成具有三维(3D)孔隙结构的各种复合材料的载体。其含氮量较高使其碳化后的产物具有良好的导电性,能提高导电性差的电化学活性物质的电化学性能。因此本文探索MS在LIBs负极材料中的应用,主要的研究内容和结论如下:(1)MS的导电性能差,限制了其作为锂离子电池柔性电极衬底的应用。为了解决这一问题,本文设计并合成了一种新型锂离子电池柔性负极。将MOFs衍生的Cu Co2O4/C复合材料承载在部分碳化的MS表面(PCMS)。PCMS内部未热分解的聚合物基团使该柔性负极具有良好的柔韧性。承载在PCMS表面的MOFs衍生的Cu Co2O4/C复合材料具有高的容量和良好的导电性,其在100 m A g-1下的容量为1002m Ah g-1,这使得柔性电极具有良好的电化学性能。该柔性电极在电流密度为100 m A g-1时容量为521 m Ah g-1;在电流密度为2000 m A g-1时的容量为348 m Ah g-1。该PCMS复合材料既具有良好的柔韧性,又具有良好的电化学性能,有望在功能性织物中得到应用。(2)Ti O2的导电性较差,限制了其作为锂离子电池负极材料的应用。为了解决这一问题,本文将完全碳化的MS(CMS)与Ti O2复合以提高其的电化学性能。Ti Cl4水解得到的Ti O2的容量仅为42 m Ah g-1,将其与CMS复合,其容量升高至223 m Ah g-1。将CMS与Ti O2复合制得的复合材料具有良好的电化学性能,其在100 m A g-1的电流密度下循环300次表现出282 m Ah g-1的高容量和出色的容量保持性能,其在2000 m A g-1的电流密度下的仍然保持196 m Ah g-1的较高容量。该Ti O2/CMS复合材料良好的电化学性能使其有望用作长寿命LIBs负极材料。
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