关键词： 金属氧化物   锂金属   负极材料   电化学性能   锂电池  

摘要： 本文围绕高能量密度锂电池负极材料出发,按从材料设计、可控制备与表征到电化学性能表征的研究思路,探究高能量密度锂电池负极材料的优化策略。文中研究热释应力优化Fe2O3纳米线、蛋壳状多孔Fe2N@C结构、同质核壳MnO2纳米线、液态金属作为电解液添加剂沉积得到的锂金属负极等电极材料的制备、表征与电化学性能,取得一些有意义的研究结果:（1）采用一种氧化还原法制备了一维纳米结构α-Fe2O3电极材料。此方法通过控制Fe2+与MnOOH中间的氧化还原反应,将氧化还原反应控制在MnOOH纳米线表面,进一步辅助高温热处理,可控的得到分级结构的α-Fe2O3纳米线。作为锂电池半电池正极材料,在800°C烧结获得的梯状α-Fe2O3纳米结构在电压区间为0.01-3 V,电流密度为100 mA g-1下具有超高可逆的比容量,其高达1200 mAh g-1,并且具有优异的快速充放电能力与超长的循环性能,在高电流密度5 A g-1下1200次充放电循环后,每圈容量衰减率仅为0.056%。通过XRD精修和透射电子显微镜表征发现热处理引起界面原子重排,晶界减少,晶格内应力大大缓解,缺陷密度明显减小,晶粒间接触得到改善,稳定了电极/电解液界面,极大促进了电荷转移。非原位电镜表征表明α-Fe2O3-800能够承受充放电过程中的体积变化而不产生结构破裂,表面形成薄且稳定的固态电解质界面膜。（2）通过控制Fe2O3晶体转化为体积更小的Fe2N晶体,同时辅助聚多巴胺碳化,利用自限制的、阴离子交换方法来获得蛋壳状多孔Fe2N@C微米盒子;蛋壳状多孔Fe2N@C微米盒子可抵抗空气氧化,保持Fe2N内核在空气中稳定;设计良好的Fe2N@C电极循环过程中显示非常小的体积膨胀（9%）。在100 mA g-1的电流密度下,实现了与硅负极相当的1030 mAh cm-3的高可逆体积容量（容量计算基于锂化后的电极体积）,同时获得了优异的高倍率循环性能,在10 A g-1的电流密度下,2500次循环后仍保持91%的容量保持率。这种具有足够内部空间和良好机械稳定性的多孔蛋壳状结构可有效缓冲在循环过程中电极材料的体积变化引起的结构内应力。同时,固态电解质界面层主要形成于在微米盒子的超薄碳层外壳的外部,体积膨胀小,因此在循环期间结构不会破坏。（3）利用原子层沉积辅助烧结法合成了新型同质核壳Ti-MnO2纳米线电极材料,并发现在该系统中,MnO2纳米线中形成表面梯度掺杂Ti,Ti在晶体结构中取代Mn,打开[MnO6]八面体并产生氧空位,从而形成梯度的钛掺杂表面的MnO2外壳。新型同质核壳Ti-MnO2纳米线材料展现出优异的储锂性能,在200 mA g-1下实现了2.3 mAh cm-2的高可逆面积比容量,仅经过30次循环就能达到>99.5%的库仑效率,在3 mg cm-2的高质量负载水平下,在10 A g-1的高倍率下,3000次循环后,保持了高达742 mAh g-1的高可逆比容量。在锂化过程中,富含钛的外壳显示较小的体积变化,而富含锰的内核显示较大的体积变化。通过这种方式实现了从内核到外壳的梯度体积膨胀,这有效地释放了循环过程中纳米线的内应力,并避免了电极的粉化。此外,表面重掺杂Ti能够避免Mn金属粗化,减小转换反应过程中形成的金属粒径并改善转化反应的可逆性。新型同质核壳Ti-MnO2纳米线材料的锌离子电池电极材料的电化学性能。在小电流密度100 mA g-1下实现了260 mAh g-1的高可逆比容量;在大电流密度1 A g-1下能实现4000圈循环,其单圈容量衰减率仅为0.02%。钛掺杂及其衍生的氧空位会在α-MnO2通道中诱发内建电场,提高了Ti-MnO2纳米线中Zn2+和H+离子的扩散系数和电荷转移电阻,加速离子/电子迁移速率,提升锌电池的倍率性能和循环稳定性,从而实现了高倍率和长寿命的Zn/MnO2电池。（4）通过采用液态金属GaInSn作为电解液添加剂,并探讨了不同浓度的添加剂对电解液的影响。Li-Li对称电池的倍率性能研究表面,原始的商业化电解液无法承受大的电流密度(大于5 mA cm-2),产生了巨大的极化电势。而添加了液态合金GaInSn作为添加剂的电解液后,其电势依然稳定在150 mV。在电流密度为5 mA cm-2,面积比容量为1 mAh cm-2条件下,添加了液态合金GaInSn的电解液后的Li-Li对称电池在循环1400 h后极化电势依然保持低于300 mV。加入液态合金GaInSn作为电解液添加剂后电解液在锂金属表面形成的固态电解质界面膜有机成分与无添加的商业化电解液相一致,但是无机成分增加了Ga。加入了Ga在锂金属表面,容易和金属锂形成合金,采用表面液态合金界面,因此能抑制锂枝晶的生长。面积比容量在2 mAh cm-2以上的条件下进行了Li-LiFePO4

关键词： 负极材料   钛酸锂   衰减机理   固态电解质   表面包覆   掺杂   锂-钠β-氧化铝   硅酸镁锂  

摘要： 作为一种具有广泛应用前景的储能设备,动力锂离子电池受到了普遍的关注。负极材料是锂电池的重要组成部分,能直接决定锂电池的电化学性能。然而,传统石墨负极材料的高倍率性能较差,不能满足快速充放电的需求。因此,寻求具有优异高倍率性能的负极材料至关重要。本文对Li4Ti5O12材料在长循环过程中的容量衰减机理进行探究,同时对合成的Li4Ti5O12负极材料进行表面改性,以提高其电化学性能。主要研究内容如下:(1)对Li4Ti5O12电池在500 mA/g电流密度下进行充放电循环,系统研究了L4Ti5O12样品在循环过程中结构、成分、循环伏安曲线和电化学阻抗的变化,探讨了Li4Ti5O12材料在长循环过程中容量衰减的原因。除了在循环过程中因电解液分解和胀气现象而导致性能衰减外,从尖晶石Li4Ti5O12转变为岩盐结构Li7Ti5O12过程中产生的结构和组分改变也会导致Li4Ti5O12容量衰减。也就是说,重复充放电使得越来越多的Li+和Ti3+残留在脱锂的Li4Ti5O12中,引起结构无序化,使得离子和电子电导率逐渐降低,极化现象不断加剧,进而导致性能衰减。因此,通过改性来增强结构和成分的稳定性,对实现Li4Ti5O12在锂电池负极中的应用是非常有必要的。(2)通过合适温度下 LiNO3、Na2CO3、Al(NO3)3·9H20 与 Li4Ti5O12之间的简单反应,合成了 LiNaAl22O34改性的Li4Ti5O12负极材料。当LiNaAl22O34/Li4Ti5O12质量比为0.0106、烧结温度为600 ℃时,样品在100、200、400、800、1600和100 mA/g电流密度下的可逆容量分别为163.8、160.6、156.5、150.9、132.9和163.4 mAh/g。即使在500 mA/g电流密度下循环800次后,其可逆容量依旧保持在147.9mAh/g。这些突出的循环性能和倍率性能是因为在Li4Ti5O12表面同时形成了 LiNaAl22O34包覆和Al3+掺杂,提高了电子和离子电导率,从而全面提高了Li4i5O12的电化学性能。(3)借助硅酸镁锂良好的吸附性、粘结性、悬浮性、阳离子交换能力和快离子扩散通道,在适当的温度下,把硅酸镁锂简单、均匀地包覆在Li4Ti5O12表面。当硅酸镁锂含量为1.5%、在700 ℃下烧结5 h时,硅酸镁锂改性Li4Ti5O12在100、200、400、800、1600和100mA/g电流密度下的可逆容量分别为160.2、157.8、155.8、151.3、145.5和162.9 mAh/g。即使在500 mA/g电流密度下循环900次后,可逆容量仍保持在140.6mAh/g,远高于原始Li4Ti5O12。这些优异的电化学性能主要是因为均匀的硅酸镁锂包覆层能抑制晶粒团聚和长大,电解液与硅酸镁锂作用改善电解液的电子电导率和离子电导率,表面Mg2+和Si4+共掺杂提高了电子电导率,LMSO中离子扩散通道和其阳离子交换能力提高锂离子传递效率以及降低极化。

关键词： 锂电池负极材料   电解液   可充镁电池   华晨宝马   钙钛矿   薄膜太阳能电池   人工石墨   电池体系   硫化锂   碳负极   新能源汽车技术   动力电池   正极材料   新能源材料  

摘要： 日本发布"氢能源基本战略"日本政府2017年12月26日正式发布"氢能源基本战略",主要目标包括到2030年左右实现氢能源发电商用化,以削减碳排放并提高能源自给率。氢能源因来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染和适用范围广等优点,被视作21世纪最具发展潜力的清洁能源。日本"氢能源基本战略"主要目标还包括未

关键词： 中空微球   碳材料   硅基材料   四氧化三铁   锂离子电池  

摘要： 多孔/中空微球具有比表面大、易于离子传输等优点,被广泛应用在催化、药物载体、微反应器、超级电容器及锂离子电池电极中。因对新能源的重视,许多研究者都对纳米材料作为电极进行了深入的研究,其制备方法主要有硬软模板法及无模板法。其中硬模板法因其能更好的控制产物形貌而被广泛使用。本文旨在通过模板法制备多孔/中空纳米微球,并将其制备成锂离子电池电极,研究其电化学性能。首先通过气溶胶法制备了PS@SiO2微球,经空气煅烧后得p-SiO2多孔微球,并以此为模板,利用多巴胺在其表面包覆后碳化得到p-SiO2@C,随后使用镁热还原制得p-Si@C多孔材料。在100 mA/g电流密度下,碳包硅球（Si@C）的前五次循环容量仅为806 mAh/g,而碳包多孔硅球（p-Si@C）容量为1228 mAh/g。且在1000 mA/g电流密度下,p-Si@C经过600次充放电容量仍有266 mAh/g,库伦效率达99.9%。由此可见,多孔结构有助于提高循环容量和稳定性。其次通过在前驱液中加入蔗糖,以气溶胶法制备了中空的C@SiO2微球。并在此基础上通过NaOH溶液处理使得SiO2层溶解再生得到C@mSiO2,然后再加入蔗糖经过水热反应后成功制备得到具有内外双碳层,中间多孔SiO2层的C@mSiO2@C中空材料。在200 mA/g电流密度下,其首次放电容量为648.0 mAh/g,库伦效率为64.0%。在经过100次循环后,其容量仍保持有501.5 mAh/g。而对于未经过NaOH溶液处理的C@SiO2@C材料,在相同电流密度下经过100次循环后仅有375.7 mAh/g。结果表明,C@mSiO2@C结构的具有优异性,多孔SiO2层变增大了反应接触面积并且有效的缓解了活性物质在充放电过程中的体积膨胀,增强了循环稳定性。最后通过在前驱液中添加Fe3O4纳米颗粒,用气溶胶法一步制备了含有Fe3O4内核的Fe3O4@C-SiO2核壳材料,然后以此为模板,树脂为碳源通过自组装后碳化的方式得到了Fe3O4@C-SiO2-m C,然后用热碱除去SiO2得到Fe3O4@mC。在电流密度为2.0 A/g时循环1000次后仍然保持645 mAh/g的放电容量。倍率性能测试发现,当电流密度为0.2,0.5,1.0,2.0,4.0,8.0以及10.0 A/g时其分别表现出1110,829,780,646,451,335及304 mAh/g。结果表明,将Fe3O4内核裂解分散成更小的纳米颗粒嵌于多孔碳层中,有助于增大活性物质与电解液的接触面积,并且纳米化有利于缓解活性物质因为体积变化而引起的粉化,从而可以得到更高的容量和更长的循环寿命。

关键词： 锂离子电池   负极   硅   锗   电极结构  

摘要： 随着便携式电子设备普及和电动汽车的快速发展,高能量密度的电化学储能和动力电池引发了广泛关注。目前锂离子电池的负极材料是石墨,然而石墨的理论容量低(372 mAh g-1),难以满足高能量密度锂电池的需求。硅（Si）、锗（Ge）等合金负极材料具有比石墨更高的比容量(Si,4200 mAh g-1;Ge,1650 mAh g-1),是下一代高能量密度锂离子电池最有前景的电极材料。然而Si和Ge基负极在充放电过程中经历巨大的体积变化,导致活性材料碎裂、不稳定的固态电解质界面（SEI）甚至电极结构破坏等问题,提升硅、锗基负极材料的循环稳定性是其应用的前提和基础。纳米化和复合化是提升硅、锗基负极材料储能性能的有效方法。本文从硅基纳米材料的低成本规模化制备,电极材料的结构设计以及电极结构优化等三个层面开展研究工作,主要内容和创新点如下:（1）纳米硅的低成本、可控制备和高循环稳定性的纳米硅碳负极的设计是硅负极材料应用的基础。我们开发了以林业废弃生物质竹叶为原料,利用熔盐镁热还原法,大规模制备超细硅纳米粒子的技术路线。所制备的超细Si纳米粒子粒径约为6-8nm,以干竹叶计算,产率约为10%。在纳米硅制备基础上,我们引入碳（C）包覆和石墨烯（RGO）复合,设计出了一种双层保护的Si@C/RGO纳米结构。在840 mA g-1的电流密度下,100次循环后,其可逆容量为1800 mAh g-1。在电流密度为4 C(1C=4.2 A g-1)时,Si@C/RGO表现出1200 mAh g-1的可逆容量。该研究不仅为大规模高附加值利用林业废弃物提供了新的思路,而且为高电化学活性的纳米Si-C结构的设计提供了理论指导。（2）相比纳米硅负极材料,蛋黄状碳包微米硅可以进一步提升硅基负极材料的储锂性能。我们以冶金产物硅铁为前驱体,通过碳包覆催化生长和去合金化的方法,可控制备微米尺寸的蛋黄状结构的石墨烯包覆硅材料。多孔硅（pSi@NG）的石墨烯包覆的中空结构提供了内核Si的体积膨胀空间,微米的尺度提高了硅载量和振实密度。因而pSi@NG表现出大的容量和循环稳定性。0.2 C倍率下500次循环后其可逆容量为1600 mAh g-1,1.5 C电流密度下容量保持为初始值的59%。另一方面微米结构的pSi@NG具有小的比表面,展现出较高的的首次库伦效率（85%）。该研究为高稳定性蛋黄状硅基负极材料的设计和合成提供了新思路,也为硅铁高附加值利用提供了新途径。（3）在活性材料研究基础上,设计高稳定的电极结构是提升电极材料储锂性能的关键。锂离子电池中粘结剂对电极的结构完整性起着重要作用。现有的电极制备工艺是将活性材料、粘结剂和导电剂混合,然后涂覆到集流体上。然而高容量硅负极在循环过程中存在体积膨胀大等问题,导致导电碳添加剂的分离和聚集、电极膜结构破坏等问题,限制了硅基活性材料的储锂性能。本研究中,我们设计和制备了高拉伸特性的PEDOT基的导电粘结剂（CG）,该导电胶在250%的拉伸和400%的体积膨胀下导电性不发生变化,因此可以有效容纳硅在锂化过程中产生的巨大的体积膨胀。将CG和硅活性材料复合,制备了高稳定的一体式硅负极（Si-CG）。在90%质量分数硅颗粒负载条件下,0.2 C电流下700次循环后稳定容量为1500 mAh g-1,初始库伦效率高达80%。而且Si-CG负极在面载量为2 mg cm-2时,面容量高达5.13mAh cm-2。该研究首次制备了高拉伸特性PEDOT基的CG粘结剂和一体化的Si-CG负极,为发展高性能的锂离子电池硅基负极提供了新的思路。（4）在硅负极材料研究基础上,我们将研究拓展到同族的锗负极材料。和硅相比,Ge具有更高的离子和电子电导率,因而具有更好的电化学储锂性能。我们设计并合成了类豌豆状的一维Ge/CNx复合结构。锗纳米粒子分散在一维的中空褶皱碳管之中,中空结构有效容纳锗纳米粒子锂化过程中所产生的体积膨胀,同时一维碳外壳可以作为电子传输的快速通道,该材料显示出了优异的稳定性和大倍率充放电性能,1200次循环后容量衰减仅为3.6%。同时该材料还表现出优良的大倍率充放电性能,当电流密度从0.5 C(1C=1600 mA g-1)增加到8 C时,容量保持为初始值的62.3%。豌豆荚结构设计为高稳定性的合金类负极复合材料提供了理论指导。

关键词： 锂电池负极材料   包覆   1-萘酚   酚醛树脂   沥青  

摘要： 负极材料是决定锂离子电池性能和成本的关键因素之一,其中过渡金属氧化物因其具有高理论比容量而备受关注。与其他过渡金属氧化物相比,Fe304的理论比容量较高、成本比较低、物理化学性能稳定、无污染,更重要的是其电导率高。因此,本论文选用Fe304作为研究对象,采用新颖的包覆碳前驱体及其包覆方法制备Fe304@C纳米核壳型微球,旨在解决Fe304由于体积膨胀引起的循环稳定性差等电化学问题。以1-萘酚为碳前驱体,采用两步水热法制备出尺寸均匀且表面存在纳米级孔洞的Fe304@C纳米核壳型微球。结果表明,碳包覆能够明显提高Fe304电极材料的循环性能,而且碳包覆采用的两步水热法明显优于一步水热法。水热反应4h,热处理温度650℃为两步水热法的最佳制备条件。此条件制备的Fe304@C微球在100mA/g电流密度下循环100次,容量达到483.5mAh/g,具有良好的循环稳定性。以酚醛树脂为碳前躯体,Fe304纳米微球为核,将两者经研磨、干燥、碳化制备出Fe304@C纳米核壳型微球。结果表明,包覆后的Fe304@C微球尺寸均匀且无团聚现象,此制备方法简单,易于实现工业化生产。包覆碳的含量影响着锂离子电池负极材料的电化学性能。20%为最佳包覆量,其首次放电比容量为984mAh/g,100次循环后放电比容量保持在413mAh/g。以各向同性和中间相两种沥青分别为碳前躯体,Fe304纳米微球为核,将两者经研磨、干燥、碳化制备出Fe304@C纳米核壳型微球,研究碳包覆量及不同种沥青对Fe304@C电化学性能的影响。结果表明,以各向同性沥青和中间相沥青为碳前躯体制备的Fe304@C的最佳包覆量均为20%,在1OOmA/g电流密度下循环100次,前者的比容量能够稳定在437.7mAh/g;后者的比容量能够稳定在396mAh/g。相比较中间相沥青,各向同性沥青作为锂电池负极材料具有更优异的循环稳定性。

关键词： 锂离子电池   氧化铜   静电纺丝   还原氧化石墨烯   电极  

摘要： 锂离子电池是一种二次电池,在充放电过程中,锂离子在正负极之间迁移并与正负极材料发生电化学反应。过渡金属氧化物中的氧化铜作为锂离子电池负极材料,具有比容量高(674 mAhg)、环境友好、制备简单等优点。但是其较低的电子电导率和充放电过程中较大的体积膨胀问题,严重降低了氧化铜的循环稳定性。为了改善其循环性能,常见的方法是向氧化铜中添加高电子电导率的碳材料,来组成复合电极。但是传统制备过程难以合成氧化铜与碳材料结合紧密的复合材料。本论文采用简单有效的制备工艺,一步法合成了氧化铜与还原氧化石墨烯复合材料,该材料表现出优异的电化学性能,具体的研究内容如下:首先用Hummers法制备了氧化石墨烯,之后以氯化铜作为铜源,以无水乙醇作为还原剂,以氧化石墨烯作为碳源,通过水热反应合成了CuO/rGO复合材料。考察了氧化铜与还原氧化石墨烯的比例对电池性能的影响,研究表明CuO/rGO(25)(rGO是CuO质量的25%)具有最高的容量性能和循环性能。使用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱分析仪(Raman)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、表面电位分析仪(Zeta-potential)来研究CuO/rGO材料的尺寸形貌变化和表面特征,发现不同氧化铜/还原氧化石墨烯的比例会影响材料的尺寸形貌和碳层的厚度。较厚的碳层会增加锂离子的扩散阻力,而较薄的碳层无法有效地抑制氧化铜在充放电过程中的体积膨胀问题。CuO/rGO(25)材料在0.5 C测试条件下,循环100圈后容量仍能保持在550 mAhg,电化学活性优异。在合成最好的CuO/rGO(25)材料基础上,进一步通过静电纺丝制备了柔性CuO/rGO膜电极,该柔性膜电极同样表现出优良的电化学性能,在1 Ag的测试条件下,循环1000圈后,无明显的衰减迹象。

关键词： 锂离子电池   复合改性   TiNb2O7   电化学性能  

摘要： 伴随着人们环保意识的逐渐加强,在环保性的能源方面人们的要求越来越高,其中对于以锂电池为主的电力能源尤为关注。但是商业上使用的传统的锂离子电池材料存在着循环性能较差、可逆比容量较低的问题。研究人员大多都在研究从各种方面来改善材料的电化学性能,比如改变材料合成的工艺、在材料的基础上掺杂和复合进行改性或者包覆材料形成特定的结构等。本论文从材料的合成方法和水热过程中采用不同溶剂合成材料以及与金属元素的复合来改善负极材料的性能。主要研究的内容如下:（1）采用了固相法、水热法合成了纯相的钛基TiNb2O7材料,使用水热法合成纯相材料时分别采用了不同的溶剂无水乙醇、1,4-丁二醇和去离子水来合成材料,两种方法都选取了不同温度烧结。根据电化学性能测试分析得知,固相法在不同温度所制得材料的首次充电比容量都在220mAh/g左右,在经过0.1C小倍率循环3次后比容量保持率为92%。说明温度对固相法烧结的材料没有什么大的影响。水热法溶剂为无水乙醇合成的材料首次充放电比容量达到247mAh/g,溶剂为去离子水在200℃合成的材料在2C大倍率充放电情况下可逆比容量维持133mAh/g左右。溶剂为1,4-丁二醇在220℃合成的材料在1C循环100次后可以比容量维持在109mAh/g左右。不同的溶剂合成材料后所表现的性能有所偏差。（2）对采用固相法和水热法合成的纯相TiNb2O7材料进行改性,主要采用水热法复合Ag的方法合成TiNb2O7/Ag材料。根据电化学性能测试分析得知,在固相法基础上合成的TiNb2O7/Ag材料,首次充放电比容量262mAh/g,这要高于固相法合成的纯相TiNb2O7材料的220mAh/g首次充放电比容量。而且经过1C循环100次后可以比容量维持在142mAh/g左右。也要远高于纯相物质。在水热法基础上合成的材料首次充放电比容量在260mAh/g左右,效果最好的无水乙醇溶剂的样品首次充放电比容量达到306mAh/g。0.1C循环后的比容量保持率为92%,比水热法制备的纯相材料的86%要高。金属元素Ag的复合能够提高材料的导电性,进一步使材料具备较好的循环稳定性能。（3）采用复合的方法将前面实验所合成材料TiNb2O7/Ag与钛基材料青铜晶型的二氧化钛TiO2（B）材料进行复合合成TiNb2O7/Ag/TiO2（B）复合材料。根据电化学性能测试分析得知,在两种方法基础上合成的最终复合材料的首次充放电比容量为250mAh/g左右,这要稍高于固相法合成的纯相TiNb2O7材料的220mAh/g首次充放电比容量。0.1C循环后的比容量保持率在93%左右,也比固相法循环后的比容量保持率高。证明了对材料进行同源材料的复合能够提高材料的可逆比容量。

关键词： 金属有机配合物   锂电池负极材料   氧化物   石墨烯复合材料   元素掺杂  

摘要： 锂离子电池由于能量密度高,使用寿命长,环保等多种优势受到研究者的广泛关注。随着电子产品的不断更新换代,市场对锂电池的性能要求越来越高,快速充电和高比能量成为研究的热点。而电动汽车行业的推进,把锂电池的研究又推向了一个高潮。改进锂电池的性能,从根本上来说就是改变锂电池的电极材料以及电解液,所以找到一种合适的电极材料是其中一个突破口。金属有机骨架材料,是一种金属和有机配体以配位键相结合的新型配合物,目前在电化学方面也引起了研究者的关注,多孔结构有利于锂的脱嵌与存储,有希望成为一种优势电极材料。本研究通过简单的水热合成方法,一步制备金属有机骨架材料,对其进行改性复合,并作为锂电池负极材料做了测试研究,得到以下结论:(1)以锌为主要配位中心,通过水热合成方法成功制备出了5种不同结构的金属配合物,分别使用单晶X射线衍射仪(S-XRD)、粉末X射线衍射仪(P-XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试手段对这5种不同配合物结构、形貌、组成进行分析。将这5种材料制作成负极片,组装成纽扣电池后测试电池性能。其中使用4,5-咪唑二羧酸配体(4,5-Im)合成出一种含有锂、锌两种金属新型配合物(4,5-ImZnLi),在50mAh/g的电流密度条件下进行100次充放电循环,首次放电比容量为558mAh/g,100次循环后放电容量为75mAh/g。(2)改性4,5-ImZnLi,在空气和氮气气氛中分别烧结4h,烧结温度依次为400℃、500℃、600℃,结果碳残留较多的样品展现了更好的电化学性能,恒流充放电过程中有更长的放电平台,倍率性能测试后,材料性能相对稳定。(3)使用超声法和水热法两种方式复合石墨烯,4,5-ImZnLi结构并未发生变化,电池性能却有了较大的提升,其中超声复合石墨烯性能较优异,50mAh/g电流密度下进行恒流充放电,首圈比容量1090mAh/g,循环100次之后仍可保持140mAh/g。(4)通过水热合成方法掺杂钴元素,合成出锂、锌、钴三种金属的新型配合物,利用检测仪器对其结构、形貌、组成进行分析,发现这种新型配合物与4,5-ImZnLi相比几乎未发生变化。在电池性能测试中,这种新型配合物虽然出现了一个短的放电平台,但性能同样没有明显的提升。