花朵狀聚吡咯的合成及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、聚吡咯，作為一種典型的導(dǎo)電聚合物，不但具有優(yōu)異的電性能、電化學(xué)性能，還具有制備簡單、綠色環(huán)保以及環(huán)境穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。特別地，與導(dǎo)電聚合物家族的其他成員相比，其對(duì)電信息敏感的捕捉能力和相對(duì)更高的摻雜度使其更加適合做電極材料。
　　鋰硫電池，因其較高的理論能量密度（2600 Wh/kg）而備受關(guān)注。尤其，正極活性物質(zhì)單質(zhì)硫的理論比容量高達(dá)1675 mAh/g，同時(shí)，其在自然界中儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，且環(huán)境友好。因此，鋰硫電池被認(rèn)為是

2、最具開發(fā)潛力的電池體系之一。然而，鋰硫電池目前可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的能量密度遠(yuǎn)低于其理論值，主要表現(xiàn)為循環(huán)壽命短、容量衰減快等問題。究其原因，主要表現(xiàn)為：單質(zhì)硫的絕緣性使得其不得不與無法參加電極反應(yīng)的電子導(dǎo)體相復(fù)合，以至于降低了正極的容量；其次，放電中間產(chǎn)物聚硫鋰易溶于電解液，引起飛梭效應(yīng)，從而導(dǎo)致活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等一系列問題的出現(xiàn)。本論文在充分查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以電化學(xué)法合成的具有電化學(xué)活性、多孔大比表面積的花朵狀導(dǎo)電聚合物聚吡咯為

3、正極骨架與單質(zhì)硫復(fù)合，并對(duì)此正極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)采用電化學(xué)循環(huán)伏安法，以金屬鉭為工作電極，不銹鋼為輔助電極，飽和甘汞為參比電極，在以對(duì)甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸鈉為摻雜劑的水溶液表面，合成了具有花朵狀形貌的聚吡咯。此花朵狀形貌的聚吡咯不但具有較大的比表面積、較好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)還松軟富有彈性。
　　(2)對(duì)其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)不同的合成速率，并以不同合成速率下得到的花朵狀

4、聚吡咯為正極、鋰片為負(fù)極裝配電池。通過比較電池的開路電壓以及首次放電比容量，確定了花朵狀聚吡咯的最佳合成速率為0.1 V/s。
　　(3)將在0.1 V/s掃描速率下合成的花朵狀聚吡咯與單質(zhì)硫在120℃下熔融復(fù)合，得到PPy/S復(fù)合正極材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，松軟富有彈性的花朵狀聚吡咯對(duì)正極結(jié)構(gòu)的坍塌失效以及放電中間產(chǎn)物在電解液中的溶解具有很好的抑制作用，直觀表現(xiàn)即是電池的循環(huán)可逆性特別好，在0.5 C多次充放電