高能鋰離子電池正極材料-有機硫化合物的研究.pdf

1、鋰二次電池以其比能量高,輕便,工作電壓高等特點,成為化學電源未來的發(fā)展方向.由于鋰負極的容量極大,所以鋰電池比能量的提高很大程度上取決于正極材料的特性.目前廣泛使用的正極材料鋰金屬氧化物(LiCoO<,2>,LiNiO<,2>,LiMn<,2>O<,4>等)理論容量均在110-200Ah/kg,就電池的容量而言,可發(fā)展空間己很小.最近的研究表明有機硫化合物作正極活性物質時,電池的比能量可得到進一步提高.這類物質在電池充電時,被氧化為含有

2、S-S鍵的聚合物;在電池放電時,S-S鍵斷裂,聚合物被還原為低分子量的有機硫化合物單體.在-10~50℃范圍內,有機硫化合物的氧化還原反應速度較慢,但是當它與導電聚合物聚苯胺(PAn)復合后,反應速度得到明顯提高.聚苯胺難以溶于有機溶劑,因此選用易溶于有機溶劑的聚苯胺衍生物聚鄰甲基苯胺(POT)作有機硫化合物2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑(DMcT)的電催化劑,兩者可以達到分子水平的復合.該文通過測試DMcT單體氧化(聚合)反應的動

3、力學參數(shù),確認其氧化反應為二級反應,還原反應為一級反應.而且還通過DMcT在不同金屬集流體上的循環(huán)伏安性能的研究,表明銅是較好的集流體.在以銅為基體的復合電極中,POT含量的增加使電極的導電能力提高,但電極反應的可逆性能下降.當DMcT/POT(wt)=1.0時,DMcT/POT復合電極的可逆性能最好.將該電極作為正極,金屬鋰片作負極,以不同的制作工藝組裝了全固態(tài)的有機硫化合物-鋰二次電池.其中,把聚合物電解質直接涂覆在正極表面成膜,構

4、成正極/聚合物電解質膜復合體,再經浸漬液態(tài)電解質處理后,與鋰片組裝電池,其充放電性能最好.這種電池當充電終止電壓為4.75V時能輸出的容量分別比充電終止電壓為4.25V,4.50V時多38.5％和24.1％.雖然放電電流密度的提高使電池的工作電壓平臺降低,但是電池的可輸出容量變化不大.這種電池的充放電電流密度可達到0.33mA/cm<'2>,比容量可達110Ah/kg,且在20次循環(huán)后,電池的容量仍能保持初始容量的80％,電池的充放電效