编号：CYYJ03097

篇名：钨、钼基化合物应用于锂（钠）离子电池负极材料的研究

作者： 杜佳凯

关键词： 锂/钠离子电池; 钨、钼基化合物; 离子液体; 负极材料;

机构： 上海工程技术大学

摘要： 当今世界科技迅速发展,人们对于能源越来越大的需求导致环境污染加剧,气候变暖,严重制约了经济的发展。这迫使人们尽最大努力去发展可持续绿色新能源。目前,可持续绿色能源如风能、太阳能、潮汐能等出现暂时缓解了缓解危机。然而,由于环境和气候的不稳定性,需要开发各种储能技术。其中,锂/钠离子电池是一种重量轻、能量密度高、可回收性好的电池,它被广泛应用于各个领域,尤其是在日常生活中。锂/钠离子电池关键组成部分—负极材料,对电池的电化学性能起着决定性作用。然而,现在已经研究成熟的石墨负极材料由于其低的理论容量,无法满足时代发展的需求。因此,为了打破能源存储的桎梏,需要设计、研发更高容量的电池负极材料。 钨、钼化合物及其衍生物具有出色的理论容量和丰富的储量,因此在锂/钠离子电池负极材料领域具有独特的优势。然而,这种电极材料具有严重的体积膨胀和差的导电性,因此无法实现长期使用。金属有机框架MOFs材料的出现从结构上（结构稳定,比表面积大,多孔）缓解了体积膨胀问题,增加了存储能力。另外,离子液体由于其良好的导电性,高的容量,宽的电化学窗口和价格低廉同样被考虑为新型负极材料。 本文的相关研究主要围绕以下工作进行展开 （1）采用加热回流法制备了Mo-MOFs材料作为基础负极材料,引入聚吡咯（ppy）改善MOFs普遍存在的导电性差的问题。Mo-MOFs@ppy电极材料展现出优异的倍率性能和长时间的寿命循环。在100 mA g-1的电流密度情况下,可以达到930 mA h g-1的高比容量;在500 mA g-1下,经过充放电200次后,仍能保持750 mA h g-1的可逆比容量。 （2）采用WCl6与N-甲基吡咯烷酮（NMP）低温配位合成NMP-WCl6离子液体作为负极材料,并展现出优异的电化学性能。离子液体NMP-WCl6因其优越的导电性、稳定性、宽的电化学窗口和廉价的成本,首次被证明可以作为锂（钠）离子电池的负极材料。相比于纯WCl6,NMP-WCl6的初始放电比容量可达1549 mA h g-1,并且展现出200 mA h g-1/10000 mA g-1的高倍率性能。同时,在500 mA g-1下,经过400次的充放电循环后,还可以达到1088 mA h g-1的高比容量;在钠离子电池性能测试中,NMP-WCl6虽然有相对高的1800 mA h g-1首圈放电比容量,但是库伦效率较低并且比容量损失较大（62%）。 （3）将MoCl5与NMP,DMF,AC三种含羰基的有机配体进行配位形成三种离子液体来探究离子液体中配体对于电化学性能的影响。NMP-MoCl5从中脱颖而出,展现出了优异的性能。经过一系列的电流密度变化(100-2000-100 mA g-1),材料结构稳定,比容量仍可恢复至初始比容量。NMP-MoCl5电极在100 mA g-1电流密度下,经过150圈的充放电循环后,能够维持在1300 mA h g-1的高比容量。