MOFs基锂/钠离子电池正极材料的结构设计、制备和离子导电性质研究

基本信息
批准号:21771104
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:邹洋
学科分类:
依托单位:南京工业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:罗宏斌,乔峤,姚志远,王梅,邓峥嵘,付仪,刘素祯
关键词:
酸掺杂客体交换锂/钠离子电池正极材料金属有机框架材料
结项摘要

Lithium-ion batteries have been widely used in portable consumer electronics, as well as traffic, aviation and aerospace equipment. However, low temperature performance and compaction density of lithium iron phosphate battery needs to be improved; meanwhile lithium iron phosphate battery cathode material has been received patent protection restrictions. On the other hand, sodium-ion batteries are attracting considerable research attentions and being developed owing to their high open-circuit voltage, high specific energy, and relatively inexpensive cost compared to lithium-ion batteries. In view of the above, in this project, we intend to design and synthesize a series of target three-dimensional metal-organic frameworks (MOFs) compounds, which channels contain lithium / sodium counter ions, and the nodes of MOFs contain the variable-valent transition metal ions. Combined theoretical and experimental approaches, we will systematically investigate the electronic and crystal structures, oxidation-reduction properties, the AC impedance spectroscopes for the target MOFs compounds. Further prototype batteries based on the lithium-ion / sodium-ion will be achieved and the corresponding technology parameters will be measured, and finally, the relationships between MOFs structure and electrode material performance will be established. By optimizing the molecular and crystal structures, ultimately develop new types of MOFs based lithium ion / sodium ion battery electrode materials with independent intellectual rights, such electrode material (1) is expected to replace the currently used limit patent protection lithium iron phosphate (2) performance comparable to or better than NaVPO4F sodium-ion battery electrode material.

锂离子电池广泛应用于各种便携式消费电子产品、以及交通、航空和航天等动力设备中。然而,使用广泛的磷酸铁锂电池低温性能和压实密度还有待提高,磷酸铁锂电池正极材料也一直受到专利保护限制。和锂离子电池相比,钠离子电池是正在被研发的高比能、高开路电压、相对廉价的储能装置。在本项目中,我们拟合成一系列三维金属-有机框架(MOFs)化合物,其孔道中含锂离子/钠离子、框架节点含变价过渡金属离子;通过实验与理论相结合方法,系统地研究目标MOFs的晶体结构、电子结构、氧化-还原性质、阻抗谱;构建MOFs 基锂离子/钠离子电池,测试各种技术参数。通过优化配体分子结构、MOFs晶体结构设计,最终获得具有自主知识产权、性能优异的 MOFs 基锂离子/钠离子电池新型正极材料,此类电极材料包括(1)可望替代目前被使用但受专利保护限制的磷酸铁锂锂离子电池正极材料(2)性能比美/优于 NaVPO4F 钠离子电池正极材料。

项目摘要

锂离子电池广泛应用于各种便携式消费电子产品、以及交通、航空和航天等动力设备中。而磷酸铁锂电池正极材料也一直受到专利保护的限制。和锂离子电池相比,钠离子电池是正在被研发的高比能、高开路电压、相对廉价的储能装置。在本项目中,我们合成一系列三维金属-有机框架(MOFs)化合物。我们对富钠含量的类普鲁士蓝多孔材料Na–FeHCF中,对水分子在Na+离子迁移过程中协同增强Na+离子的电导进行了详细的研究。新型的POMs@MIL-100 (Fe) 正极材料具有良好的的氧化还原性能和结构稳定性,并能提供 180 mAh g-1 的高容量。制备开骨架硫族混合离子(质子)-电子导体混合离子电子导体,具有优良的离子-电子混合导电性能。研究了具有突出的氢离子导电性的MOF基水凝胶复合材料和功能化碳点修饰MOF材料。对锌磷酸盐,锆磷酸盐和铝磷酸盐的结构和离子导电性质进行了系统的研究。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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