聚苯胺复合材料的制备及其在锂二次电池的应用

发布时间：2017-07-31 10:14

  本文关键词：聚苯胺复合材料的制备及其在锂二次电池的应用

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【摘要】：聚苯胺由于具有合成简单、成本低廉、环境友好、优异的电化学性能等优点,在锂二次电池中的应用备受关注。但纯聚苯胺做电池的正极材料,容量衰减快、功率密度低等问题是限制其发展的重要因素。因此,制备聚苯胺复合材料成了近几年的研究热点。本文对聚苯胺的合成工艺条件进行了优化,研究表明,苯胺浓度为0.7mol/L,n[(NH4)2SO4]/n(An)=1.25,盐酸浓度为1.5 mol/L时,聚苯胺有最高的产率、掺杂率、电导率和电池内阻,并确立了双氧化剂体系(Mn O2+APS)。根据上述最佳工艺制备出本征氧化态和本征还原态PANi/C复合材料。红外谱图显示本征还原态PANi的醌式结构吸收峰明显减弱,得到较好的还原。XRD、SEM测试表明PANi/C复合材料复合效果较为理想。以复合材料作为正极组装锂二次电池,阻抗谱测试表明PANi在电池中进行了掺杂,与纯PANi做正极相比有更低的电池内阻;本征氧化态和本征还原态在0.2 C倍率首次放电容量分别为146.9 m Ah/g和170.9 m Ah/g,经过100次充放电循环后,电池容量仍然超过纯PANi的首次放电容量73.7 m Ah/g,库伦效率维持在98%以上;在5C倍率首次放电容量分别为115.6 m Ah/g和143.2 m A/g,100次充放电循环后仅衰减23.4%和11.0%,具有良好的循环寿命和倍率性能。提出了五种复合方法制备出PANi/RGO复合材料。PANi与GO共还原和还原态PANi与GO反应这两种方法,在红外谱图中GO的含氧官能团和PANi的醌式结构吸收峰明显减弱或消失,GO和PANi得到较好的还原;与其它复合方法相比,这两种复合方法的XRD和SEM测试表明有更高的结晶度,复合效果更为理想。以这五种方法制备的复合材料作为正极组装锂二次电池,通过阻抗谱和tafel测试表明,PANi与GO共还原和还原态PANi与GO反应这两种制备方法的电池内阻最小,电极反应的可逆性更好;在0.2 C倍率首次放电容量分别达到162.5 m Ah/g和190.6 m Ah/g,经过100个充放电循环后,电池容量仍远超纯PANi的首次放电容量,且库伦效率能保持在98%以上;通过5 C倍率充放电测试表明,首次放电容量分别为127.8 m Ah/g和143.2m A/g,经过100个充放电循环后,电池容量仅衰减11%和16%,表明这两种方法制备的PANi/RGO复合材料具有优异的循环寿命和倍率性能。
【关键词】：复合材料 聚苯胺 活性炭 石墨烯 锂二次电池
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-11
• 1.2 导电聚苯胺11-18
• 1.2.1 聚苯胺的结构11-12
• 1.2.2 聚苯胺的掺杂12-14
• 1.2.3 聚苯胺的合成14-16
• 1.2.4 聚苯胺的应用前景16-18
• 1.3 聚苯胺复合材料18-21
• 1.3.1 聚苯胺复合材料的类型18-19
• 1.3.2 研究进展及复合方法19-21
• 1.4 锂-聚苯胺二次电池21-24
• 1.4.1 锂-聚苯胺二次电池的工作原理21-23
• 1.4.2 聚苯胺复合材料作为正极的研究23-24
• 1.5 本文研究的主要内容24-25
• 第2章 实验原料与测试方法25-31
• 2.1 试验药品及试验仪器25-26
• 2.1.1 试验药品25-26
• 2.1.2 试验仪器26
• 2.2 电池的组装26-27
• 2.3 材料表征及测试方法27-31
• 2.3.1 扫描电子显微镜27
• 2.3.2 X射线衍射仪27-28
• 2.3.3 红外光谱28
• 2.3.4 四探针电阻率测试28
• 2.3.5 比表面积及孔径测试28-29
• 2.3.6 tafel曲线测试29
• 2.3.7 电化学交流阻抗测试29
• 2.3.8 电池充放电测试29-31
• 第3章 聚苯胺合成31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 聚苯胺的合成流程31-32
• 3.2.1 本征态PANi的合成流程31
• 3.2.2 本征态PANi的HCl O4 掺杂31-32
• 3.2.3 计算公式32
• 3.3 聚苯胺合成工艺的优化32-37
• 3.3.1 苯胺浓度的影响32-34
• 3.3.2 过硫酸铵用量的影响34-36
• 3.3.3 盐酸浓度的影响36-37
• 3.4 初级氧化剂的确定37-38
• 3.5 聚苯胺的表征38-40
• 3.5.1 红外光谱测试38-39
• 3.5.2 XRD测试39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章PANi/C复合材料的制备及应用研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 活性炭的筛选41-42
• 4.3 PANi /C复合材料的制备42-44
• 4.3.1 本征氧化态PANi/C复合材料的制备42-43
• 4.3.2 本征还原态PANi/C复合材料的制备43-44
• 4.4 PANi/C复合材料的表征44-46
• 4.4.1 红外光谱测试44-45
• 4.4.2 XRD测试45
• 4.4.3 SEM测试45-46
• 4.5 复合材料在锂二次电池中的应用研究46-51
• 4.5.1 锂-聚苯胺电池的阻抗谱测试46-47
• 4.5.2 锂-聚苯胺电池的tafel测试47-48
• 4.5.3 锂-聚苯胺电池的充放电测试48-51
• 4.6 本章小结51-53
• 第5章PANi/RGO复合材料的制备及应用研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 石墨烯的制备53-54
• 5.3 PANi/R GO复合材料的制备54-56
• 5.3.1 以RGO为模板制备54
• 5.3.2 以GO为模板制备54
• 5.3.3 纯PANi与RGO机械混合制备54-55
• 5.3.4 还原态PANi与GO反应制备55
• 5.3.5 氧化态PANi与GO共还原制备55-56
• 5.4 PANi /RGO复合材料的表征56-59
• 5.4.1 红外光谱测试56-57
• 5.4.2 XRD测试57-58
• 5.4.3 SEM测试58-59
• 5.5 复合材料在锂二次电池中的应用研究59-64
• 5.5.1 锂-聚苯胺电池的阻抗谱测试59-60
• 5.5.2 锂-聚苯胺电池的tafel测试60-61
• 5.5.3 锂-聚苯胺电池的充放电测试61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

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1 荣廷文,林森浩,万洪和,鲍锦荣,王玟珉,孙建华,景遐斌,王利祥,姜海;聚苯胺的离子注入掺杂研究[J];核技术;1993年12期

2 杜新胜;马利;;聚苯胺掺杂的研究与进展[J];上海涂料;2008年01期

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本文编号：598634