【摘 要】
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钠离子电池和锂离子电池具有相似的工作原理,且钠元素占地壳元素总量丰富,价格低廉,安全性较锂电高,这些优点受到科研者的关注。在电解液方面,现在主流的电池电解液均为有机电解液。相比之下,水性电解液在安全、导电和组装过程上更优于有机电解液,使得水性钠离子电池逐渐成为研究热门。由于水性电解液的限制条件多,导致能与之匹配的电极材料少,尤其是正极材料,制约着水性钠离子电池的开发应用。不同种类的正极材料中,普鲁
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钠离子电池和锂离子电池具有相似的工作原理,且钠元素占地壳元素总量丰富,价格低廉,安全性较锂电高,这些优点受到科研者的关注。在电解液方面,现在主流的电池电解液均为有机电解液。相比之下,水性电解液在安全、导电和组装过程上更优于有机电解液,使得水性钠离子电池逐渐成为研究热门。由于水性电解液的限制条件多,导致能与之匹配的电极材料少,尤其是正极材料,制约着水性钠离子电池的开发应用。不同种类的正极材料中,普鲁士蓝类（PBAs）材料具有开放的三维框架结构、合成工艺简单、工艺成本低、理论容量密度高的优点,成为了具有发展前景的水性钠离子正极材料。然而,普鲁士蓝类材料电导率低、在含水电解液会有副反应等缺点限制了产业化发展。本论文主要通过单一源原位生长法复合普鲁士蓝PB（FeⅡ,FeⅢ）和有机聚合物（聚3,4乙撑二氧噻吩,PEDOT）,并优化制备方法,以此来改善PBAs材料在水性电解液中的电化学性能。（1）使用单一源原位生长的方法制备了PEDOT/PBAs复合物。利用亚铁氰化钠或铁氰化钾在酸溶液中于加热环境下会被氢离子分解出铁离子,铁离子一方面可以和亚铁氰根或铁氰根反应生成沉淀,另一方面可以氧化EDOT生成PEDOT,两个反应同时进行,材料生长在一起,所制备的即为复合材料。（2）使用亚铁氰化钠制备了PEDOT/PB（FeⅡ）。比较了复合前后材料的晶体形貌变化,发现不论何种制备条件下制备的PEDOT/PB（FeⅡ）材料晶体形貌都不是规则的立方体,且表面都很粗糙。在电化学性能方面,复合了PEDOT的PB（FeⅡ）材料的循环寿命和倍率性能均得到了一定的提升。经试验前后观察,材料在水系电解液中的稳定性也更好了。在充放电电流为100 m A·g-1的条件下,PEDOT/PB（FeⅡ）80样品约有104 m Ah·g-1的可逆容量,1000周循环寿命测试后,容量依然保持在95%左右。（3）在制备了PEDOT/PB（FeⅡ）基础之上,将铁离子源换成了铁氰化钾,来提高制备环境中铁离子的含量。探究了EDOT添加量、温度和酸浓度对PEDOT/PB（FeⅢ）的晶体形貌和电化学性能的影响,得到了制备PEDOT/PB（FeⅢ）最优环境。（4）XRD测试表明复合PBAs与PB晶相结构相同,均为面心立方结构。利用傅里叶红外光谱仪检测到PEDOT/PB（FeⅢ）中所含的噻吩环（-C-C-）振动峰和氰基团（-CN-）,初步表征了材料中的PEDOT。利用SEM所携带的EDS对材料进行了表征,检测了复合物中所含的S元素,证实PEDOT的存在。对不同单体EDOT添加量制备的样品进行了XPS测试,得出随着合成时添加的EDOT越多,复合材料中所含PEDOT含量越高。（5）PEDOT/PB（FeⅢ）-E100材料的电化学性能最突出,在100 m A·g-1的充放电电流下,约有118.7 m Ah·g-1的可逆容量;在1000 m A·g-1的大电流下,能够维持约87%的可逆容量;在5000 m A·g-1的高倍电流快速充放下,可保持约68%的可逆容量,具有良好的倍率性能;且在1000周循环测试后,仍能保持97.9%的初始容量,说明该材料具有优秀的循环寿命性能和稳定性。结合XPS测试的结果,可以得出并不是复合PEDOT越多性能越好,而是适量最好
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