锂离子电池聚合物正极材料的合成及电化学性能研究

摘要

本文主要介绍了锂离子电池聚合物正极材料的研究进展，并以期合成具有高比容量的有机二硫化物DMcT和导电性能良好的聚苯胺(PAn)；将DMcT和PAn进行共混，制备具有良好导电性能和高比容量的复合聚合物正极材料，并初步探讨PAn对DMcT的催化机理。取得的主要成果如下： 首先，研究了乳液聚合法合成DMcT的工艺，探讨了乳化剂、配料比、反应温度、反应时间等因素对DMcT合成的影响。DMcT合成的最优化条件为：以水合肼、二硫化碳为原料，以三乙胺为催化剂，氢氧化钠为转换剂，硫酸为酸化剂，配料摩尔比为n(二硫化碳):n(水合肼)=3.5；n(氢氧化钠):n(水合肼)=2.0；酸化pH值控制在0.6～1.0，反应温度为85℃，反应时间为3.5h，在最优化条件下，收率稳定在91％。 其次，研究了DMcT电极的电化学性能，结果表明：DMcT的CV曲线有两对氧化还原峰，峰电位差分别为0.95V和1.1V，氧化还原可逆性较差；电化学交流阻抗为1280Ω，导电性能也较差；DMcT-Li扣式电池以0.1C充放电时，首次充放电容量分别为250 mAh.g-1和135mAh.g-1，DMcT正极的充电比容量较一般的金属氧化物正极高。 再次，研究了氧化聚合法合成聚苯胺的工艺，探讨了介质酸的种类及浓度、氧化剂种类与用量、聚合反应温度等因素对聚苯胺产率和电导率的影响。聚苯胺合成的最优化条件为：苯胺浓度为1.0 mol·L-1、盐酸浓度为1.5 mol·L-1、氧化剂(NH4)282O8与苯胺的摩尔比为1.5、反应温度为6～8℃、反应时间为9h。在最优化条件下合成的聚苯胺的电导率为20.6 S·cm-1。在最优化条件下，产率为89.5％。 最后，研究了DMcT掺杂后的交流阻抗，结果表明：PMOT、CUC2O4和PAn掺杂后，DMcT复合正极的交流阻抗相对DMcT单体阻抗减小，说明三种物质对DMcT都具有一定的电催化作用，其中PAn对DMcT的电催化性能更为明显，其电化学阻抗减小至原来的1/5，且充放电稳定性能良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2锂离子电池的原理及特性

1.2.1锂离子电池的主要构成

1.2.2锂离子电池的工作原理

1.3锂离子电池正极材料的研究进展

1.3.1锂离子电池正极材料的要求

1.3.2有机硫化物正极材料

1.3.3导电聚苯胺正极材料

1.3.4自由基聚合物正极材料

1.3.5其它有机正极材料

1.3.6无机正极材料

1.4锂二次电池正极材料存在的问题及本课题研究的内容与目的

第二章实验原理和方法

2.1实验主要原材料

2.2实验主要设备

2.3电化学性能测试方法

2.3.1 DMcT、PAn、和DMcT/（PAn、PMOT、CuC2O4)复合电极的制备

2.3.2扣式电池的制备方法

2.3.3充放电制度

2.3.4正极材料有机硫化物DMcT的理论容量(C2N2S3H2)

2.3.5比容量计算

2.3.6循环性能测试

2.3.7交流阻抗测试

2.3.8循环伏安测试

2.4材料表征

2.4.1红外光谱测试

2.4.2扫描电镜测试

2.4.3熔点测定

第三章DMcT的合成、表征及电化学性能

3.1 DMcT的合成工艺

3.2结果与讨论

3.2.1乳化剂对产率的影响

3.2.2配料比对产率的影响

3.2.3反应温度对产率的影响

3.2.4反应时间对产率的影响

3.2.5酸化Ph值对产率的影响

3.2.6正交试验

3.3 DMc材料表征

3.3.1 DMcT的红外光谱

3.3.2 DMcT的纯度及含氮量

3.3.3 DMcT的扫描电镜测试

3.4 DMcT的电化学性能

3.4.1 DMcT的循环伏安

3.4.2 DMcT的交流阻抗

3.4.3 DMcT的充放电性能测试

3.4.4 DMcT在不同集流体上的循环伏安性能

3.5本章小结

第四章 盐酸掺杂态聚苯胺的合成、表征及电化学性能

4.1 PAn的制备方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1酸种类对聚苯胺产率和电导率的影响

4.2.2盐酸浓度对聚苯胺产率及电导率的影响

4.2.3氧化剂种类对聚苯胺产率及其产物导电率的影响

4.2.4过硫酸铵与苯胺摩尔比对聚苯胺产率及电导率的影响

4.2.5反应时间对聚苯胺产率及电导率的影响

4.2.6温度对聚苯胺聚苯胺产率及电导率的影响

4.3 PAn材料的表征

4.3.1 PAn的红外光谱

4.3.2 PAn的元素分析

4.4聚苯胺的掺杂及导电机理

4.5 PAn的电化学性能

4.5.1 PAn的循环伏安

4.5.2 PAn的交流阻抗

4.5.3 PAn的充放电性能

4.5.4 PAn的倍率放电性能

4.6本章小结

第五章DMcT复合正极材料的电化学性能

5.1 PMOT/DMcT复合电极的交流阻抗

5.2 CuC2O4/DMcT复合正极的交流阻抗

5.3 PAn/DMcT复合正极的交流阻抗

5.4 DMcT复合正极的循环伏安

5.5 DMcT复合正极的充放电性能

5.6本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文