过渡金属草酸盐的合成及其电化学性质研究

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作为一种重要的电化学储能设备,可重复使用的锂离子电池引起了移动电话,笔记本电脑,新能源汽车等各种储能领域的高度关注。目前来看,很多领域都在使用石墨作为商用锂离子电池材料,可惜的是石墨仅有372 m Ah g-1的理论比容量,并不能满足未来生活中,人们对储能设备高性能要求。因此,需要开发具有高可逆容量,稳定循环寿命的锂离子电池的新型负极材料。过渡金属草酸盐由于独特的结构以及草酸根比较强的电负性,使得其在电化学领域中的应用逐渐增多,这也促使更多的人来研究它的价值。本文使用一些简单的合成方法,制备电化学性能表现优异的过渡金属草酸盐材料,具体工作内容如下:(1)使用微波辅助的方法,分别使用去离子水与乙二醇为反应介质,制备了水热状态下的Cu C2O4·x H2O材料(h Cu Ox)和溶剂热状态下的Cu C2O4·x H2O材料(s Cu Ox)。虽然,二者具有非常相似的XRD衍射峰,通过热重分析,SEM以及BET等的测试结果可知,它们在结晶水,形貌以及平均孔径方面有诸多的差异。在通过电化学性能测试后,h Cu Ox和s Cu Ox电极表现出放电比容量在前四个循环中减小,100个循环后,放电比容量还能够保持1064.3 m Ah g-1(h Cu Ox)和939.3 m A h g-1(s Cu Ox)。(2)新化合物Fe C2O4 H2O属于斜方晶系,空间群为Pbca(NO.61),晶胞参数为a=6.1717(6)?,b=9.5995(9)?,c=115.1794(15)?,β=90°,Z=8。中心原子Fe和六个O原子配位,在空间结构上形成一种八面体结构,键长分别为:2.3097(15)?、2.1759(14)?、2.1263(18)?、2.1344(15)?、2.0769(17)?以及2.1259(19)?。Fe C2O4H2O作为负极材料时,初次放电比容量高达1558.6 m Ah g-1,虽然在随后的循环中比容量持续降低,在100个循环后比容量为416.9 m Ah g-1,仍高于商用石墨(372 m Ah g-1)。(3)设想将过渡金属草酸盐与ZIF-67复合,通过MOF材料的有机有机框架结构,有效减缓充放电过程中的体积膨胀。通过分析XRD,SEM等表征手段的结果,Ni C2O4/ZIF-67已经成功复合。但是,在电化学的测试过程中,发现Ni C2O4/ZIF-67的复合并没有提升电化学性能,888.6 m Ah g-1的初次放电比容量,并且100次循环后38.7 m Ah g-1比容量。利用ZIF-67氧化后转换成氧化物的的特性,将Ni C2O4/ZIF-67焙烧后能够获得尖晶石Ni Co2O4。改变合成方法,制备出双尖晶石的Cu Co2O4-Ni Co2O4复合材料,它的具有高达1846.5 m Ah g-1的初次放电比容量,且200次循环后仍保持有1330.1 m Ah g-1
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