聚苯胺作為鋰二次電池正極材料的研究.pdf

1、PANi作為一種導(dǎo)電聚合物，以穩(wěn)定的電化學(xué)性、易合成、低價(jià)格和環(huán)境友好的特性，在電池領(lǐng)域廣受關(guān)注。本文分別以質(zhì)子酸和鋰鹽作為摻雜劑，制備摻雜態(tài)聚苯胺并對(duì)其結(jié)構(gòu)表征，確定了PANi中發(fā)生摻雜反應(yīng)的活性點(diǎn)位置；根據(jù)電池充放電測(cè)試的反饋研究了摻雜陰離子種類、摻雜陰離子數(shù)量、隔膜種類、壓力強(qiáng)度、正極片厚度、浸泡時(shí)間等因素對(duì)電池性能的影響，并對(duì)PANi的放大合成可行性進(jìn)行初步探討。
　　對(duì)PANi進(jìn)行質(zhì)子酸摻雜，通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)試發(fā)現(xiàn)，近似絕緣

2、的PANi經(jīng)質(zhì)子酸摻雜后，其導(dǎo)電性提升8個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)電能力提高顯著；摻雜鹽酸PANi的XRD結(jié)果顯示，摻雜質(zhì)子酸后的PANi衍射峰形更加尖銳，其結(jié)晶度由摻雜前的8.20％增加到24.82%；在紅外光譜中，C=N鍵的吸收峰由本征態(tài)中的1140 cm-1移動(dòng)到摻雜態(tài)的1109 cm-1處，移動(dòng)幅度最大且是譜圖中的最強(qiáng)吸收峰，表明了發(fā)生在PANi醌式結(jié)構(gòu)中的C=N上。同時(shí)，XRD、SEM結(jié)果顯示在有機(jī)體系進(jìn)行鋰鹽摻雜也可獲得較高結(jié)晶度的PAN

3、i。此外XPS測(cè)試結(jié)果表明，摻雜鋰鹽后，醌式結(jié)構(gòu)中N原子的N1S峰強(qiáng)度明顯下降，而陽(yáng)離子自由基結(jié)構(gòu)中N原子的N1S峰強(qiáng)度迅速增加，說(shuō)明了鋰鹽摻雜反應(yīng)發(fā)生在醌式結(jié)構(gòu)中的N原子上。
　　通過(guò)觀察PANi片在電解液中開(kāi)裂溶脹現(xiàn)象，確定了EA和DMC作為電解液添加劑，對(duì)摻雜不同陰離子PANi性能的研究發(fā)現(xiàn)，摻雜ClO4-具有更良好的循環(huán)性能，預(yù)摻雜態(tài)PANi容量可達(dá)75 mAh/g。通過(guò)設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，確定了反應(yīng)時(shí)間6 h，溫度

4、25℃，酸度1.5 mol/L的最佳陰離子摻雜工藝。根據(jù)電池性能結(jié)果，確定了使用AGM和聚丙烯復(fù)合隔膜、浸泡48 h、正極片厚度0.7-1.0 mm、壓力強(qiáng)度4 MPa的最佳工藝條件。對(duì)PANi的放大合成和電池組裝及測(cè)試進(jìn)行了研究。利用SEM進(jìn)行形貌觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，放大合成的PANi具有較好的結(jié)晶度，組裝成的電池容量可達(dá)80mAh/g，組裝成的電池充放過(guò)程超過(guò)80000 min，容量在前40個(gè)循環(huán)內(nèi)幾乎不衰減。最后分析了目前二次電池的市場(chǎng)構(gòu)成