高能锂离子电池正极材料-有机硫化合物的研究

摘要

锂二次电池以其比能量高,轻便,工作电压高等特点,成为化学电源未来的发展方向.由于锂负极的容量极大,所以锂电池比能量的提高很大程度上取决于正极材料的特性.目前广泛使用的正极材料锂金属氧化物(LiCoO<,2>,LiNiO<,2>,LiMn<,2>O<,4>等)理论容量均在110-200Ah/kg,就电池的容量而言,可发展空间己很小.最近的研究表明有机硫化合物作正极活性物质时,电池的比能量可得到进一步提高.这类物质在电池充电时,被氧化为含有S-S键的聚合物;在电池放电时,S-S键断裂,聚合物被还原为低分子量的有机硫化合物单体.在-10~50℃范围内,有机硫化合物的氧化还原反应速度较慢,但是当它与导电聚合物聚苯胺(PAn)复合后,反应速度得到明显提高.聚苯胺难以溶于有机溶剂,因此选用易溶于有机溶剂的聚苯胺衍生物聚邻甲基苯胺(POT)作有机硫化合物2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)的电催化剂,两者可以达到分子水平的复合.该文通过测试DMcT单体氧化(聚合)反应的动力学参数,确认其氧化反应为二级反应,还原反应为一级反应.而且还通过DMcT在不同金属集流体上的循环伏安性能的研究,表明铜是较好的集流体.在以铜为基体的复合电极中,POT含量的增加使电极的导电能力提高,但电极反应的可逆性能下降.当DMcT/POT(wt)=1.0时,DMcT/POT复合电极的可逆性能最好.将该电极作为正极,金属锂片作负极,以不同的制作工艺组装了全固态的有机硫化合物-锂二次电池.其中,把聚合物电解质直接涂覆在正极表面成膜,构成正极/聚合物电解质膜复合体,再经浸渍液态电解质处理后,与锂片组装电池,其充放电性能最好.这种电池当充电终止电压为4.75V时能输出的容量分别比充电终止电压为4.25V,4.50V时多38.5％和24.1％.虽然放电电流密度的提高使电池的工作电压平台降低,但是电池的可输出容量变化不大.这种电池的充放电电流密度可达到0.33mA/cm<'2>,比容量可达110Ah/kg,且在20次循环后,电池的容量仍能保持初始容量的80％,电池的充放电效率达到85％以上,但是电池的本体电阻和电化学极化电阻比液态锂离子电池高两个数量级.

目录

摘要

第一章.前言

第二章.实验仪器和实验试剂

第三章.电池材料的制备

第一节.DMcT的实验室合成

第二节.POT的实验室合成

第三节.胶体电解质及固态电解质膜的制备

第四章.DMcT的电极过程动力学

第一节DMcT电极反应动力学参数测量方法

第二节.实验

第三节.结果和讨论

第四节.DMcT/(DMcT)2氧化还原反应的动力学表达试

第五章.DMcT，POT，DMcT/POT复合物的电化学性能

第一节.DMcT在不同集流体上的循环伏安性能

第二节.POT在铜集流体上对DMcT的催化性能

第三节.DMcT/POT复合电极的电极可逆性能

第六章.DMcT/POT Li二次电池的电池性能

第一节.电池的充放电性能

第二节.充电终止电压及放电电流密度对电池容量的影响

第三节.电池的循环性能

第四节.电池的充放电效率

第五节.电池的交流阻抗

第七章.结论

参考文献

攻读硕士学习期间发表的论文

附图

致谢