影响锂-聚苯胺二次电池性能因素的研究

摘要

聚苯胺（PANi）是一种新型的导电聚合物，具有非常多优点，如：原料来源广泛、合成工艺简单、成本低、环境稳定性好、电化学性能优异等，最近几年聚苯胺在锂二次电池正极材料方面的应用与研究越来越热。本文将聚苯胺/碳用作锂二次电池的正极材料，主要针对聚苯胺的合成反应、聚苯胺的还原反应、小分子聚苯胺的去除、电池电解液、电池组装工艺、电池充放电制度等因素进行研究，并通过阻抗谱测试(EIS)和充放电测试来评估锂-聚苯胺二次电池的性能。
　　通过吸附双氧化剂法来制备 PANi/C复合材料，在一定的客观条件下将反应温度控制得越低，以 PANi/C为正极材料的电池性能越好。以水合肼为还原剂，在35℃下反应12个小时，氧化态聚苯胺能比较彻底地转化为还原态的聚苯胺，通过XPS测试出聚苯胺的还原度为93.8％。通过红外光谱测试发现与本征氧化态聚苯胺相比，还原态聚苯胺醌式结构单元上C=C和C=N振动的衍射峰明显减弱。通过XRD测试发现还原态聚苯胺比氧化态聚苯胺的结晶度更高。从高倍SEM图像上可以比较看出，还原态聚苯胺比氧化态聚苯胺有更多的微观线状和孔状结构。
　　通过研究电解液对锂-聚苯胺二次电池性能的影响，发现当锂离子浓度为1.55 mol/L时，电池的初始比容量较高，当电池电解液中添加2%的碳酸亚乙烯酯（VC）时，电池的循环性能最好。在多种隔膜组合中，当使用2层玻璃纤维隔膜（AGM）时，电池的容量最高，当使用一层玻璃纤维隔膜（AGM）和一层聚丙烯隔膜（PP）复配时，电池的循环性能最好。针对锂-聚苯胺扣式电池来说，正极集流体是直径14 mm宽的不锈钢网，当正极聚苯胺质量为12.5 mg时，电池的比容量较高且循环性能较好。正极片涂覆方式与压片方式相比，电池有更高的容量，但是循环性能比较差。不同的充放电制度对锂-聚苯胺电池性能的影响较大，充电截止电压越高，电池容量越高，循环性能越差（当电压超过3.9 V时），充放电倍率越大，电池的容量越小，但容量衰减速度变化不大，即倍率对电池的循环性能影响不大。
　　最后，通过对锂二次电池的市场情况以及聚苯胺电池的优势进行分析，得出结论：锂-聚苯胺二次电池有广阔的发展空间和不可估量的市场前景。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 导电聚苯胺

1.3 聚苯胺以及复合材料的制备

1.4 锂-聚苯胺二次电池

1.5 本文研究的主要内容

第2章 实验原料与测试方法

2.1 试验药品及试验仪器

2.2 电池的组装

2.3 材料表征及测试方法

第3章 聚苯胺复合材料的制备

3.1 引言

3.2 聚苯胺复合材料的制备

3.3 聚苯胺合成反应温度的优化

3.4 聚苯胺还原反应的优化

3.5 小分子聚苯胺的去除

3.6 PANi/C复合材料的表征

3.7 本章小结

第4章 影响锂-聚苯胺电池性能因素的研究

4.1 引言

4.2 电解液对电池性能的影响

4.3 电池工艺对电池性能的影响

4.4 充放电制度对电池性能的影响

4.5 隔膜对电池性能的影响

4.6 不同条件下电池的阻抗谱测试

4.7 本章小结

第5章 锂-聚苯胺二次电池的市场分析

5.1 引言

5.2 二次电池发展的宏观环境分析

5.3 二次电池的市场现状分析

5.4 锂-聚苯胺二次电池的市场竞争优势

5.5 锂-聚苯胺二次电池的难题

5.6 锂-聚苯胺二次电池的发展前景

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢