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新型鋰離子電池負極材料雙金屬MOF的研究

來源:存能電氣  日期:2019-09-02 09:17  瀏覽量:

  新型鋰離子電池負極材料雙金屬MOF的研究。在制備新穎結構MOF的同時,MOF作為模板進而合成鋰離子電池負極材料是一個富有挑戰的研究方向,如何有效合成該類材料并提高其導電性,是其用于鋰離子電池負極的關鍵。該類材料具有高的放電比容量和良好的循環穩定性。

  目前商品化鋰離子電池依然采用的是天然石墨、人造石墨等碳基負極材料,石墨負極材料具有可逆容量大、結構穩定、導電性好等優點,但是其電位與金屬鋰電位接近,電池過充可能會在電極表面析出而形成鋰枝晶,從而刺穿隔膜引起短路,具有較大安全隱患,在實用中碳材料可逆比容量已經達到350mAh/g,接近理論比容量的372mAh/g。

  作為鋰電池的主材之一,負極材料的重要性,想必就不需要強調了。負極材料,是鋰電池在充電過程中,鋰離子和電子的載體,起著能量的儲存與釋放的作用。在電池成本中,負極材料約占了5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。

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  新型鋰離子電池負極材料雙金屬MOF的研究

  隨著能源問題的日益嚴重,具有高能量密度、輕量可充電式的鋰離子電池越來越廣泛地應用于電動汽車以及手提式電動工具中。目前市面上商用的鋰離子電池負極材料石墨的理論容量僅有372mAh/g,因此開發新型負極材料對鋰離子電池的應用具有十分重要的意義。

  金屬有機框架(MOFs)因其具有很大的比表面積和可調控的結構單元,目前被廣泛應用于能量存儲、氣體分離、工業催化以及載藥系統。

  采用了雙金屬模式合成了新的MOF——ZnCo-ZIF,并將其應用于鋰離子電池負極材料中,獲得了636mAh/g的容量,比石墨電極提高了1.7倍。在CoZn-ZIF為負極材料的鋰離子電池中,實現了636.3mAh/g的二次放電容量;同時,在循環100次之后,電池仍保持了605.8mAh/g的容量,庫侖效率接近100%。

  研究人員發現,采用共沉淀技術可以有效地將金屬陽離子吸附到富有含氧基團的碳納米管表面,加入有機配體溶液后,配體與碳納米管表面的金屬離子配位形成MOF晶核,晶核生長成為MOF晶體,最終將碳納米管原位嵌入到MOF中。經過熱處理后,可制備出新型結構的多金屬氧化物納米復合材料。

  該類納米復合材料在0.01-3.0V電壓范圍,以100mAg-1電流密度充放電100次后,比容量穩定在813mAhg-1以上;當充放電流密度為1000mAg-1時,比容量仍高達514mAhg-1,顯示出優良的電化學儲能特性。

  以上就是新型鋰離子電池負極材料雙金屬MOF的研究,納米多孔金屬有機骨架化合物(MOF)具有孔徑可調、大比表面積、骨架結構多樣性、表面可修飾等優點,被廣泛用于吸附和分離、多相催化、金屬納米粒子的載體和模板以及微反應器等方面。

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