锂离子电池聚合物正极材料的合成及电化学性能研究

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本文主要介绍了锂离子电池聚合物正极材料的研究进展,并以期合成具有高比容量的有机二硫化物DMcT和导电性能良好的聚苯胺(PAn);将DMcT和PAn进行共混,制备具有良好导电性能和高比容量的复合聚合物正极材料,并初步探讨PAn对DMcT的催化机理。取得的主要成果如下: 首先,研究了乳液聚合法合成DMcT的工艺,探讨了乳化剂、配料比、反应温度、反应时间等因素对DMcT合成的影响。DMcT合成的最优化条件为:以水合肼、二硫化碳为原料,以三乙胺为催化剂,氢氧化钠为转换剂,硫酸为酸化剂,配料摩尔比为n(二硫化碳):n(水合肼)=3.5;n(氢氧化钠):n(水合肼)=2.0;酸化pH值控制在0.6~1.0,反应温度为85℃,反应时间为3.5h,在最优化条件下,收率稳定在91%。 其次,研究了DMcT电极的电化学性能,结果表明:DMcT的CV曲线有两对氧化还原峰,峰电位差分别为0.95V和1.1V,氧化还原可逆性较差;电化学交流阻抗为1280Ω,导电性能也较差;DMcT-Li扣式电池以0.1C充放电时,首次充放电容量分别为250 mAh.g-1和135mAh.g-1,DMcT正极的充电比容量较一般的金属氧化物正极高。 再次,研究了氧化聚合法合成聚苯胺的工艺,探讨了介质酸的种类及浓度、氧化剂种类与用量、聚合反应温度等因素对聚苯胺产率和电导率的影响。聚苯胺合成的最优化条件为:苯胺浓度为1.0 mol·L-1、盐酸浓度为1.5 mol·L-1、氧化剂(NH4)282O8与苯胺的摩尔比为1.5、反应温度为6~8℃、反应时间为9h。在最优化条件下合成的聚苯胺的电导率为20.6 S·cm-1。在最优化条件下,产率为89.5%。 最后,研究了DMcT掺杂后的交流阻抗,结果表明:PMOT、CUC2O4和PAn掺杂后,DMcT复合正极的交流阻抗相对DMcT单体阻抗减小,说明三种物质对DMcT都具有一定的电催化作用,其中PAn对DMcT的电催化性能更为明显,其电化学阻抗减小至原来的1/5,且充放电稳定性能良好。
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