基于有机导电聚合物锂电池正极材料的研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shanon0577
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本文从提高有机锂离子电池实际比容量入手,通过提高导电聚合物的掺杂率以及重复单元活性位点数,从而达到提高正极材料容量的目的。电化学氧化聚合法具有工艺简单可控,同时拥有电化学掺杂、高对离子掺杂率和原位成膜的优点,通过提高导电聚合物掺杂率和减少粘黏剂及导电剂的使用来提高材料的比容量。此外电聚合法可以一次成膜,从而减少粘黏剂及导电剂对电池的影响。聚合物重复单元的活性位点数直接影响理论比容量的大小。通过结构设计并合成具有多电子反应的活性单体,将其聚合成聚合物并研究其作为锂电池正极材料的电学性能。通过电化学原位聚合法制备得到聚吡咯/纳米碳复合电极材料,相对于聚吡咯的性能,有较大提高。在20 mA·g-1充放电速率下,聚合物PPy-CF电极的首次放电比容量为145 mAh·g-1,聚合物PPy-GO电极的为176.1 mAh·g-1,50次循环后,比容量损失率分别为29.5%和26.5%。倍率性能体现较好,在160 mA·g-1倍率下PPy-CF及PPy-GO的比容量分别是116.9 mAh·g-1及123.4 mAh·g-1。性能的提升得益于电化学聚合法提高了材料的掺杂率,碳材料的加入改变了材料的形貌提高了活性物质利用率。电化学氧化法成功制备了不同比例(Py,Py:Py-C-TEMPO=4:1,Py:Py-C-TEMPO=8:1)下的共聚物,相对于聚吡咯,其放电平台有了一定改善。在3.5 V和2.7 V附近分别显示出了两个电压下降放缓的趋势。Py:Py-C-TEMPO=4:1共聚物电极材料的比容量为70.9 mAh·g-1,而Py:Py-C-TEMPO=8:1共聚物电极在20 mA·g-1充放电速率下的首次放电比容量为62.6 mAh·g-1。性能的提高得益于Py-C-TEMPO的加入,及电化学法制备提高了材料的掺杂率。聚4,4′,4"-三(N,N-二苯基氨基)三苯基胺(PTDATA)电极,相对于聚三苯胺(PTPA)体现出了较好的放电比容量。在20 mA·g-1充放电速率下,首次放电比容量达到133.1 mAh·g-1,而且在3.8,3.4,3.2,2.5 V附近分别显示出了四个充放电电压平台,此外还具有较好的循环稳定性,在56循环后容量损失21.79%。这里性能的提高归因于PTDATA具有较高的自由基密度,具有较好的交联形貌。聚1,3,5-三(二苯基氨基)苯(PTDAB)电极相对于聚三苯胺(PTPA)电极体现出了较好的循环性能,在20 mA·g-1充放电速率下,首次放电比容量64.6mAh·g-1,56循环后容量损失为1.23%。由于聚合物团聚现象明显,导致比容量不高。聚合物分子结构的相似性使应有的三阶放电平台消失。
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