傳統(tǒng)鋰離子和鈉離子電池電極材料大都基于昂貴的、不可再生的過渡金屬無機化合物,最近“綠色有機二次電池”的新概念大力提倡使用綠色、可持續(xù)的電化學(xué)活性有機化合物作為鋰離子和鈉離子電池的電極材料。有機共軛羰基化合物因具有結(jié)構(gòu)多樣性、分子水平上可控性、資源可再生性和高理論比容量等優(yōu)點已被廣泛用于有機鋰離子和鈉離子電池材料。本文圍繞基于有機小分子共軛羰基化合物的新型電極材料進行設(shè)計、制備和性能研究,主要內(nèi)容和結(jié)果如下： (1)通過簡單的酸堿中和反應(yīng)、球磨和原位超聲剝離處理,合成出塊體、納米顆粒和納米片三種形貌的2,5-二羥基對苯二甲酸四鋰鹽(Li4C8H2O6, Li4DHTPA),研究表明它們均能用作鋰離子電池的正負極活性材料,三種形貌Li4C8H2O6的電化學(xué)性能從高到底順序為：納米片>納米顆粒>塊體。性能最好的Li4C8H2O6納米片在0.1C下正負極的放電比容量分別為223mAh g-1和241mAh g-1,平均電壓為2.6V和0.8V,50周循環(huán)后容量保持率為95%和96%。使用Li4C8H2O6納米片作為正負極材料,構(gòu)建出了輸出電壓為1.8V全有機鋰離子電池,比容量為13...

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    第一節(jié) 引言
    第二節(jié) 鋰離子電池簡介
    第三節(jié) 鈉離子電池簡介
    第四節(jié) 有機電極材料研究進展
        1.4.1 有機硫化合物
        1.4.2 有機自由基化合物
        1.4.3 有機共軛羰基化合物
    第五節(jié) 本論文的選題思路和工作內(nèi)容
第二章 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的設(shè)計、合成及其電化學(xué)性能、機理研究
    第一節(jié) 引言
    第二節(jié) 實驗部分
        2.2.1 實驗藥品
        2.2.2 實驗儀器及表征方法
        2.2.3 鋰離子電池的組裝及測試
        2.2.4 四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的溶解性測試
        2.2.5 非原位紅外(ex-situ IR)和原位拉曼(in-situ Raman)波譜測試
        2.2.6 理論計算方法
    第三節(jié) 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的設(shè)計、合成及結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的設(shè)計
        2.3.2 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆塊體、納米顆粒及納米片的合成
        2.3.3 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的結(jié)構(gòu)表征
    第四節(jié) 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的電化學(xué)性能研究
        2.4.1 塊體四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的電化學(xué)性能
        2.4.2 納米顆粒四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的電化學(xué)性能
        2.4.3 納米片四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的電化學(xué)性能
        2.4.4 基于納米片四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆的全有機鋰離子電池
    第五節(jié) 有機四鋰鹽Li₄C₈H₂O₆分子的儲鋰機理研究
        2.5.1 Li₄C₈H₂O₆分子的非原位紅外和原位拉曼波譜研究
        2.5.2 Li₄C₈H₂O₆分子的計算模擬
    第六節(jié) 本章小結(jié)
第三章 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的設(shè)計、合成及其電化學(xué)性能、機理研究
    第一節(jié) 引言
    第二節(jié) 實驗部分
        3.2.1 實驗藥品
        3.2.2 實驗儀器及表征方法
        3.2.3 鈉離子電池的組裝及測試
        3.2.4 四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的ICP測試
        3.2.5 非原位紅外(ex-situ IR)波譜測試
        3.2.6 理論計算方法
    第三節(jié) 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的設(shè)計、合成及結(jié)構(gòu)表征
        3.3.1 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的設(shè)計
        3.3.2 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆微米棒的合成
        3.3.3 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的結(jié)構(gòu)表征
    第四節(jié) 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆微米棒的電化學(xué)性能研究
        3.4.1 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆用做正極材料的電化學(xué)性能
        3.4.2 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆用做負極材料的電化學(xué)性能
    第五節(jié) 有機四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆分子的儲鈉機理研究
        3.5.1 Na₄C₈H₂O₆分子的非原位紅外波譜研究
        3.5.2 Na₄C₈H₂O₆分子的計算模擬
    第六節(jié) 基于四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的全有機“搖椅式”鈉離子電池
        3.6.1 基于四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的全有機鈉離子電池的電化學(xué)性能
        3.6.2 基于四鈉鹽Na₄C₈H₂O₆的全有機鈉離子電池的構(gòu)象分子
    第七節(jié) 本章小結(jié)
第四章 聯(lián)苯醌類羰基化合物正極材料的設(shè)計、合成及其儲鋰性能、理論計算研究
    第一節(jié) 引言
    第二節(jié) 實驗部分
        4.2.1 實驗藥品
        4.2.2 實驗儀器及表征方法
        4.2.3 鋰離子電池的組裝及測試
        4.2.4 理論計算方法
    第三節(jié) 聯(lián)苯醌類羰基化合物DBT、BNT和BFT的設(shè)計、合成及結(jié)構(gòu)表征
        4.3.1 聯(lián)苯醌類羰基化合物DBT、BNT和BFT的設(shè)計
        4.3.2 聯(lián)苯醌類羰基化合物DBT、BNT和BFT的合成及結(jié)構(gòu)表征
    第四節(jié) 聯(lián)苯醌類羰基化合物DBT、BNT和BFT的電化學(xué)儲鋰性能研究
    第五節(jié) 聯(lián)苯醌類羰基化合物DBT、BNT和BFT的理論計算模擬研究
    第六節(jié) 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻
附錄
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果



本文編號：3785419