MOF基碳復合材料的設計、制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，開發(fā)環(huán)境友好、能量密度高、循環(huán)壽命長、安全系數(shù)高的儲能電子器件成為各國學者研究的熱點。與傳統(tǒng)的商業(yè)石墨相比，碳基復合材料作為電池的電極材料時具有較好導電能力、良好的機械性能以及較高的理論比容量和能量密度，目前，已經被廣泛的應用在儲能領域中。本文以金屬有機結構框架（MOFs）作為模板，制備多孔碳基復合材料，研究其作為電極材料在鋰離子電池和鋰硫電池中的儲鋰性能。研究發(fā)現(xiàn)，氮摻雜多孔碳材料具有較好的電化學性能，如

2、較穩(wěn)定的循環(huán)性能，良好的倍率性能等。本文主要工作歸納為以下三個部分：
　?。?）以正十二面體核殼結構的ZIF8@ZIF67為前驅體，在氬氣氣氛中800℃碳化3 h后得到雙金屬嵌入的氮摻雜多面體碳納米籠，并表現(xiàn)出良好的電化學性質。在電流密度為200 mA g-1時，其首圈放電比容量可達到809 mA h g-1，充放電循環(huán)400圈之后，其放電比容量仍能保持在702 mA h g-1。此外，當電流密度高達2 A g-1，放電比容量仍能

3、保持在444 mA h g-1。如此優(yōu)異的電化學性質主要歸因于雙金屬的嵌入提高了結構的完整性；氮原子的摻雜帶來了更多的活性位點以及空心結構可以緩沖充放電過程中的體積膨脹。
　?。?）以傳統(tǒng)的ZIF8為前驅體，在氬氣氣氛下通過改變碳化溫度，制備出不同含氮量和比表面積的多孔氮摻雜碳復合材料并以此作為單質硫的載體。當碳/硫復合物作為鋰硫電池的正極材料時，經研究表明，在800℃的條件下高溫碳化后所制備的碳材料作為載體時，表現(xiàn)出最為優(yōu)異的電

4、化學性能。當復合物中單質硫的含量為55％，電流密度為800 mA g-1時，其首圈的放電比容量可高達1646 mA h g-1，已經接近了單質硫的理論放電比容量，充放電循環(huán)400圈后，充放電比容量仍能夠保持在600 mA h g-1而庫倫效率仍能接近100%。該復合材料較為突出的電化學性能主要歸因于合適的氮含量以及比表面積相互協(xié)同。
　　（3）以 ZIF8@ZIF67為前驅體，室溫下將前驅體與磷酸二氫銨按不同比例混合并研磨，在適當