导读:本文包含了正负极材料论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:锂离子电池,正负极材料,金属有机框架,机理研究
正负极材料论文文献综述
娄霄冰[1]（2019）在《新型金属有机框架材料的设计、合成与修饰及其在锂离子电池正负极材料中的应用》一文中研究指出自上世纪九十年代商业化以来,锂离子电池(Lithium-Ion Batteries,LIBs)以其较高的能量密度、功率密度、循环寿命和无记忆效应等优点已逐渐成为手机、笔记本电脑等便携电子设备的主要储能器件。虽然锂离子电池的各方面性能已远超镍铬、铅酸等其他类型电池,但电动汽车等新兴交通工具在能量密度、安全性、制作成本和环境影响等方面对其提出了更高的要求。因此,人们迫切需要开发出性能更好的新型锂离子电池。在锂离子电池的四个组成部分——正极、负极、电解液和多孔隔膜中,正负极与能量密度等各项关键指标直接相关,改进正负极材料的性能有利于大大提升电池的整体性能。目前商业锂离子电池一般使用石墨作为负极,钴酸锂、叁元材料或磷酸铁锂作为正极,研发新型材料取代这些传统材料是新型锂离子电池开发中的一个最主要的科研方向。金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是金属离子或离子簇与多齿有机配体通过配位键组装的多孔晶态材料。其具备的配体和金属可调换性、孔道尺寸和比表面积可调控性使其在催化、传感、药物负载、质子传导、气体分离与吸附等方面取得了较广泛的应用。随着近年来研究日益深入,人们逐渐认识到MOFs具有的弹性孔结构可以进行离子储存,并缓解由此带来的体积膨胀。如果再使用具有氧化还原活性的金属或配体,就可能在锂离子电池方向上有所应用。随着相关工作的快速推进,越来越多的科研工作者参与到该课题的研究中去,相关成果也已引起了广泛关注。然而作为一个新兴课题,MOFs材料的比容量、循环稳定性依旧不能满足商业化需求,所以通过适当方法开发构建高性能MOFs正负极材料仍十分紧迫。材料的组成与结构决定其性能。所以要解决MOFs材料在锂离子电池应用中的诸多问题,提高其性能表现,首先需要明确锂电应用中MOFs材料的构效关系,并形成较为系统的理论。然后根据理论指导选择合适的金属和配体,组成合适的结构,才能事半功倍。本文以开发高性能正负极材料为契机,通过磁共振、同步辐射等分析手段较为系统地展示了MOFs材料在锂电应用中的构效关系,并重点对材料面临的一些问题提出了解决策略,具体工作如下:1.基于氮的氧化还原的高电压MOFs正极材料用于超快阴离子插层电池MOFs负极材料的研究如火如荼,然而却鲜有MOFs正极材料的报导,且已有的MOF正极材料多是基于醌类碳氧双键的可逆开合或者金属的氧化还原,其电压一般在1.5~3.5 V范围内,无法满足商业化电池产品对功率密度的要求。本章我们通过对有机配体氧化还原性质的探究,开创性地提出了一种以氮为活性中心的p型MOF正极策略。通过选择合适的配体,我们成功构建出了一种pcu拓扑的ZnDAnT MOF材料,并对其中的配位溶剂进行了加热脱除。因该MOF具有丰富的氮活性位点与多孔笼状结构,用作正极材料能够快速地吸脱附电解液中的六氟磷酸根阴离子,所以取得了较为优异的性能。在2.5~4.0 V的电压范围以及100 mA g~(-1)的充放电电流下,材料的比容量能达到约60 mAh g~(-1),接近理论比容量。在1000 mA g~(-1)的电流下,其比容量依旧能达到理论值的一半。该工作为开发新型正极材料提供了一种可行的思路。2.研究MOFs的拓扑结构对其性能的影响材料的组成结构决定性能,然而MOF材料结构对储能性能的影响尚未有报导。本章选取了基于迭氮和紫精羧酸类配体的锰钴金属MOFs,在保证材料组成相近的基础上,合成了具有链结构和柱层结构的两类MOFs材料,并对比了其锂电性能。测试结果表明,虽然所有的MOFs材料在首圈充放电后均失去了长程有序结构,然而柱层结构的几种MOFs均表现出优于链结构MOF的循环性能。我们推测短程有序的柱层结构仍能保证锂离子在其中较短的扩散路径和较快的传导,从而保持了较多的锂离子活性位点,是该类材料取得良好循环性能的关键。该研究在拓扑结构方面为构筑高性能MOFs电极材料提供了新思路。3.开发高容量新型苯羧酸MOFs负极材料经过几年的MOFs锂电材料开发,特别是自从我们课题组将对苯二甲酸类配体大量引入负极材料后,MOFs材料的可逆容量已达1000 mAh g~(-1)左右,然而如何进一步突破MOF材料容量限制,将容量提高到硅磷负极水平,是材料进一步走向实用化的重要目标。本章中,我们通过前期理论积累,推断多羧酸类配体有更多的活性氧位点可能具有较高的循环比容量。因此我们以苯六羧酸为配体,合成了一种evacuated Ni-BHC材料,其理论容量有1570 mAh g~(-1),五圈后放电比容量超过1650 mAh g~(-1),五十圈后放电比容量仍有1261 mAh g~(-1)。通过软线氧谱测试,我们发现,多羧酸配体丰富的锂离子嵌入位点,配合MOF可快速传导锂离子的层状结构,是该材料能取得极高性能的关键。4.开发高稳定性氮氧双配位MOFs负极材料虽然用于负极的MOFs材料的比容量已达到1000 mAh g~(-1)以上,但其循环稳定性却未有明显改善,而且与提高循环稳定性相关的研究工作仍少有开展。基于之前对ZIF类材料中金属氮配位稳定性的认识,我们尝试将氮配位与羧酸氧配位结合,利用吡啶二五二羧酸作为配体合成了一种Co-pydc MOF材料,并将其用作锂电负极材料。性能测试结果表明,该MOF材料比以对苯二甲酸为配体的Co-BDC材料的循环稳定性更高,在1 A g~(-1)电流下循环400圈仍有589 mAh g~(-1)的比容量。该工作在配体选择方面为提高MOFs材料循环稳定性提供了新思路。5.探究MOFs锂电应用中双金属协同效应的内在机理双金属MOFs在催化、气体储存等应用中均有报导,我们组在之前的工作中发现双金属MOFs材料在锂电池应用中也具有一定的协同作用,然而相关作用机理仍未明确。本章基于控制变量法,通过在ZIF-8结构中同时引入钴锌两种二价金属,大幅提高了ZIF材料的循环比容量,并使用同步辐射软X射线吸收谱、顺磁共振等技术研究了双金属的作用机理。研究发现:与对应的单金属态相比,双金属ZIF材料优异的容量性能主要来自双金属对配位位点的协同活化作用,该活化作用使原本惰性的氮位点参与到了嵌锂过程中。该研究在金属中心选择方面为开发高性能MOFs正负极材料提供了思路。(本文来源于《华东师范大学》期刊2019-05-01）
王朋[2]（2019）在《基于金属有机框架的锂离子电池正负极材料研究》一文中研究指出快速发展的锂离子电池对正负极的比容量提出更高的需求。金属有机框架(MOFs,或称为配位聚合物,CPs)种类丰富、结构可调,在电化学领域表现出较大的潜力。本论文探究了CPs/MOFs作为锂离子电池正负极材料的电化学性能及反应机理,具体内容如下:首先以对苯二甲腈为原料,通过溶剂热法合成了以对苯二酰胺(简称:BDCN)为有机配体具有纳米线结构的配位聚合物Co-BDCN-24h(采用液体磁共振和固体磁共振表征了Co与BDCN的配位),并用于锂离子电池负极,以100 mA g~(-1)的电流密度充放电100圈后,该材料仍保留1132 mAh g~(-1)的可逆比容量,高于其他大多数基于MOFs/CPs的锂离子电池负极材料,表征结果表明优异的电化学性能主要归因于有机配体与Co~(2+)中心的协同效应和纳米线结构的优异稳定性。此外我们还尝试以1,2,4,5-苯四甲酸(简称:BTEC)为有机配体,通过水热法合成了一系列的CPs作为负极。其中{K_2[(Zn_(0.5)Ni_(0.5))_3(BTEC)_2(H_2O)_4]}在100 mA g~(-1)下第100圈放电比容量仍保持593.8 mAh g~(-1),电化学性能较其他同系列材料有很大改善;以2,5-噻吩二羧酸(简称:TDC)为有机配体合成NiCl_2-TDC,通过对合成方法的探索,我们发现以无水乙醇与去离子水的混合液(V:V=1:1)为溶剂,通过微波法合成的NiCl_2-TDC样品晶型最优,电化学性能最佳,2000 mA g~(-1)下第500圈放电比容量仍有411.1 mAh g~(-1)。最后对CPs/MOFs材料作为锂电池正极材料做了初步的探索,合成了以N,N'-二-(4-吡啶基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺(简称:DPNDI)为有机配体的[Cu_2I_2(DPNDI)]_n并用作正极材料,30 mA g~(-1)电流密度下,样品放电比容量在第3圈上升到最高,达到77.6 mAh g~(-1),随后衰减到第100圈的20.9 mAh g~(-1)。接着我们尝试使用电解液添加剂、增加导电剂比例等方法优化该电极,循环稳定性得到一定提升。(本文来源于《华东师范大学》期刊2019-05-01）
刘桐,焦芬,钟雪虎,覃文庆[3]（2019）在《废旧锂电池正负极材料修复再生技术》一文中研究指出归纳总结了废旧锂电池中正极和负极材料回收、修复再生技术现状。从工艺流程、成本、产品质量等方面比较了各自优缺点。总的来看,目前对报废电池正负极材料的回收、修复技术不成熟不全面,工艺成本偏高。(本文来源于《电源技术》期刊2019年04期）
史纹瑞[4]（2019）在《车用锂离子电池正负极材料回收利用的现状及探讨》一文中研究指出新能源汽车面临的一大问题是报废锂离子电池的回收处理。锂电材料的回收利用可分为前后两道:梯次使用+再生利用。文章首先综述了锂离子正负极材料再生利用的技术和发展现状。关于梯次使用,提出了将回收材料制作成纽扣电池等电子电器用电池的解决方案。通过拆解回收动力电池获得正极极片,并制作纽扣电池。通过对材料和电性能的分析验证了方案的可行性。(本文来源于《汽车实用技术》期刊2019年02期）
楚玮,毛迦勒,张亚莉,蒋志军,宫本奎[5]（2018）在《非对称电容型动力电池正负极材料中回收金属》一文中研究指出采取分段浸出对废弃非对称电容型动力电池进行循环回收再生处理,研究了分段浸出温度、分段反应时间、硫酸浓度、氧化剂用量和添加顺序等对浸出率的影响,并提出废旧电池循环利用流程:废旧电池材料—硫酸浸出—沉淀稀土—除钙、镁等杂质—调节浓度—沉淀制叁元正极材料前驱体—制备叁元正极材料—组装电池。在最佳浸出条件下,Ni、Co浸出率达到95%以上,稀土金属浸出率分别达99%。(本文来源于《有色金属(冶炼部分)》期刊2018年08期）
王哲,张亚莉,蒋志军,毛迦勒,宫本奎[6]（2018）在《从电容型镍氢动力电池正负极材料浸出净化液中直接制备叁元正极前驱体》一文中研究指出以退役电容型镍氢动力电池硫酸浸出液为原料,经过除杂,净化液通过调整镍、钴、锰离子浓度后,直接加入氨水和碳酸钠共沉淀合成叁元前驱体。前驱体为层状球形结构且粒度均匀呈正态分布,利用共沉淀法制备成叁元正极材料后组装成软包电池,在0.2C、0.5C和1C放电倍率下,比放电容量达到160mAh/g以上。(本文来源于《有色金属(冶炼部分)》期刊2018年06期）
李佩容[7]（2018）在《碱金属-硫二次电池正负极材料的优化探索》一文中研究指出室温碱金属-硫二次电池(包括锂硫电池和钠硫电池)是极具有竞争力的下一代电池体系。其中,S正极材料的理论容量高达1672 mAh g~(-1),被认为是一种理想的正极材料。Li、Na、K叁种碱金属的理论容量分别高达3861 mAh g~(-1)、1166 mAh g~(-1)和685 mAh g~(-1),被认为是几种最理想的负极材料。虽然碱金属-硫二次电池具有上述性能优势,但是目前其研究还面临着一些挑战。这些挑战主要是来自于充放电过程中产生的多硫化物中间产物所引起的穿梭效应,以及负极碱金属在循环过程中不均匀沉积导致的安全问题。因此,本论文通过设计硫正极和碱金属负极,分别在单电极(正极或负极)的研究中取得了一定成果。然后将设计好的碱金属负极与包括硫正极在内的不同正极材料进行配对,进一步证明了我们策略的可实用性。具体研究内容如下:在第一个工作中,我们发现金属铜与硫之间具有极强的化学相互作用。将泡沫铜投入含有碱金属多硫化物的水相或非水相溶液中,泡沫铜均会自发与多硫化物发生反应,并在泡沫铜表面生成形貌可控的硫化亚铜(Cu_2S)纳米片,从而将硫固定在泡沫铜表面,从源头上解决了穿梭效应。我们将泡沫铜分别用作锂硫电池和钠硫电池正极的固硫载体,提出了化学键固硫的新概念。最终在锂硫电池中获得了可循环1000次以上,容量高达1200 mAh g~(-1)的等价硫正极材料;在钠硫电池中获得了可循环400次以上,容量高达400 mAh g~(-1)的等价硫正极材料。为硫正极固硫提供了一种普适的方法。在第二个工作中,我们为碱金属负极(Li、Na和K)的稳定沉积循环提出了一种普适且直接的策略。通过在碱金属负极表面覆盖一层商业碳纸,碱金属在碳酸酯类电解液和醚类电解液中的沉积/氧化过电势和循环稳定性就会得到显着优化。当电流密度高达5 mA cm~(-2)时,碳纸保护的金属锂负极可实现~4000圈的超长循环,碳纸保护的金属钠可实现~1200圈的超长循环,碳纸保护的金属钾可实现~3000圈的超长循环。除此之外,我们将碳纸保护的金属锂与钛酸锂(LTO)电极材料配对,将碳纸保护的金属钠分别与磷酸钒钠(NVP)正极材料和上文提到的等价硫正极配对,均获得了更优异的全电池循环性能。(本文来源于《苏州大学》期刊2018-06-01）
潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔[8]（2018）在《钠离子电池正负极材料研究新进展》一文中研究指出锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优点在储能领域备受关注,但锂资源稀缺与分布不均制约了其大规模应用。基于与锂离子电池相似离子穿梭原理的钠离子电池,由于钠资源丰富、成本低廉、适合于大规模储能等优点近年来发展迅速。介绍一些典型的钠离子电池正负极材料的研究新进展,评述其应用可行性及目前面临的问题,为长寿命、低成本钠离子电池的设计与开发提供参考依据。(本文来源于《硅酸盐学报》期刊2018年04期）
尹彦斌[9]（2017）在《锂空气电池关键正负极材料及器件的研究》一文中研究指出随着社会经济的快速发展,许多便携式电子产品已经走进人们的日常生活,电动汽车必将成为主流的交通工具,这就对储能系统提出了更高的要求。锂空气电池因其拥有超高的理论容量,很可能成为下一代主流的储能系统,因此受到了世界范围内的广泛关注。但是,锂空气电池仍处于发展的初级阶段,一些关键的问题还需要进行深入的研究与解决。目前问题主要集中在如何提高正极的能量转化效率与循环寿命,如何对金属锂的腐蚀进行有效的保护以及如何进行合理的器件设计使之真正的投入到实际应用等。针对上述问题,本论文围绕正极结构设计、金属锂保护与器件设计开展了如下工作:受金蟾产卵以及卵的形状与结构的启发,设计了一种不需粘结剂、轻质的大孔活性碳纤维(MACF)电极,通过简单的静电纺丝技术与模板法相结合,成功模拟了金蟾产卵过程制备了具有高电子电导、廉价、具有优异机械稳定性、热稳定性和优异物质运输、吸附能力的多孔碳纤维电极,并且这种电极负载二氧化钌(R-MACF)之后应用于锂空电池中,表现出极高比容量、好的循环稳定性和优秀倍率性能。这种集众优点于一身的多孔碳纤维电极有望拓展到其他能量储存及转换设备。利用磁控溅射技术在金属锂保护方面进行了前期的探索,提出了在金属锂表面原位分别沉积金属铝与锂磷氧氮化物(LiPON)层两种方案。利用磁控溅射这种沉积方法,可以在金属锂的表面得到高质量的保护层。这两种保护层均起到很好的保护作用,极大的缓解了金属锂的腐蚀。这两种保护层在锂空气电池中是相对稳定的,不会破坏正常的锂空气电池的电化学反应。未来金属锂保护的工作可以围绕这种方法与这两种材料深入地开展。设计并制作了一种高安全柔性线状锂空气电池。该电池利用中部通气的结构,并且配有独特设计的耐高温防水的聚酰亚胺与聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)复合隔膜。这种隔膜具有很好的防水性,极好的热稳定性与离子导电性。所组装的高安全性柔性线状的锂空气电池展现出了极好的防水与防火能力,可以有效的避免液态电解液的泄露,有很好的柔性与形变时的结构稳定性,并且可以持续地在水下工作。这种电池具有长循环寿命、大容量与良好的倍率性能的特点。(本文来源于《吉林大学》期刊2017-12-01）
曹余良,钱江峰,艾新平,杨汉西[10]（2016）在《钠离子电池正负极材料研究》一文中研究指出发展大规模储能的二次电池不仅需要具有适宜的电化学性能,更需考虑资源成本和环境效益等应用要求。而锂离子电池用于大规模储能可能受到锂资源的制约,因此,从资源与环境方面考虑,具有与锂离子电池相似电化学性能的钠离子电池体系作为储能电池更具应用优势。然而,从目前的技术现状来看,几类不同的嵌钠正负极材料虽显现出可观的容量与较好的循环性,但能量密度与功率密度尚待提高。过渡金属氧化物和氰基正极材料,以及硬碳和合金负极材料最有希望用于钠离子电池体系,但这类材料的初始充放电效率和循环稳定性仍有待改善。本报告简要分析嵌钠正负极材料的一些问题,讨论适合嵌钠反应的一些思路,并结合本课题组的研究工作讨论钠离子电池及其关键材料的发展方向。(本文来源于《中国化学会第30届学术年会摘要集-论坛五：中新青年化学家论坛》期刊2016-07-01）
正负极材料论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
快速发展的锂离子电池对正负极的比容量提出更高的需求。金属有机框架(MOFs,或称为配位聚合物,CPs)种类丰富、结构可调,在电化学领域表现出较大的潜力。本论文探究了CPs/MOFs作为锂离子电池正负极材料的电化学性能及反应机理,具体内容如下:首先以对苯二甲腈为原料,通过溶剂热法合成了以对苯二酰胺(简称:BDCN)为有机配体具有纳米线结构的配位聚合物Co-BDCN-24h(采用液体磁共振和固体磁共振表征了Co与BDCN的配位),并用于锂离子电池负极,以100 mA g~(-1)的电流密度充放电100圈后,该材料仍保留1132 mAh g~(-1)的可逆比容量,高于其他大多数基于MOFs/CPs的锂离子电池负极材料,表征结果表明优异的电化学性能主要归因于有机配体与Co~(2+)中心的协同效应和纳米线结构的优异稳定性。此外我们还尝试以1,2,4,5-苯四甲酸(简称:BTEC)为有机配体,通过水热法合成了一系列的CPs作为负极。其中{K_2[(Zn_(0.5)Ni_(0.5))_3(BTEC)_2(H_2O)_4]}在100 mA g~(-1)下第100圈放电比容量仍保持593.8 mAh g~(-1),电化学性能较其他同系列材料有很大改善;以2,5-噻吩二羧酸(简称:TDC)为有机配体合成NiCl_2-TDC,通过对合成方法的探索,我们发现以无水乙醇与去离子水的混合液(V:V=1:1)为溶剂,通过微波法合成的NiCl_2-TDC样品晶型最优,电化学性能最佳,2000 mA g~(-1)下第500圈放电比容量仍有411.1 mAh g~(-1)。最后对CPs/MOFs材料作为锂电池正极材料做了初步的探索,合成了以N,N'-二-(4-吡啶基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺(简称:DPNDI)为有机配体的[Cu_2I_2(DPNDI)]_n并用作正极材料,30 mA g~(-1)电流密度下,样品放电比容量在第3圈上升到最高,达到77.6 mAh g~(-1),随后衰减到第100圈的20.9 mAh g~(-1)。接着我们尝试使用电解液添加剂、增加导电剂比例等方法优化该电极,循环稳定性得到一定提升。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
正负极材料论文参考文献
[1].娄霄冰.新型金属有机框架材料的设计、合成与修饰及其在锂离子电池正负极材料中的应用[D].华东师范大学.2019
[2].王朋.基于金属有机框架的锂离子电池正负极材料研究[D].华东师范大学.2019
[3].刘桐,焦芬,钟雪虎,覃文庆.废旧锂电池正负极材料修复再生技术[J].电源技术.2019
[4].史纹瑞.车用锂离子电池正负极材料回收利用的现状及探讨[J].汽车实用技术.2019
[5].楚玮,毛迦勒,张亚莉,蒋志军,宫本奎.非对称电容型动力电池正负极材料中回收金属[J].有色金属(冶炼部分).2018
[6].王哲,张亚莉,蒋志军,毛迦勒,宫本奎.从电容型镍氢动力电池正负极材料浸出净化液中直接制备叁元正极前驱体[J].有色金属(冶炼部分).2018
[7].李佩容.碱金属-硫二次电池正负极材料的优化探索[D].苏州大学.2018
[8].潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔.钠离子电池正负极材料研究新进展[J].硅酸盐学报.2018
[9].尹彦斌.锂空气电池关键正负极材料及器件的研究[D].吉林大学.2017
[10].曹余良,钱江峰,艾新平,杨汉西.钠离子电池正负极材料研究[C].中国化学会第30届学术年会摘要集-论坛五：中新青年化学家论坛.2016