邻氨基二苄基二硫化物及其聚合物的合成与电化学性能研究

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聚有机二硫化物是一种新型的二次电池正极材料,其理论能量密度远高于普通的锂电池正极材料,甚至高于研究正热的嵌入式层状无机化合物及其导电聚合物,为了获得更好的电池性能,本文合成了一种新型分子结构的聚有机二硫化物。利用铁络合物氧化法,合成二硫化物中间体邻硝基二苄基二硫化物(ONBD),再通过Fe/NH4Cl温和还原体系在不影响S-S键的情况下将硝基还原成氨基,得到有机二硫化物单体邻氨基二苄基二硫化物(OABD),利用氢谱、元素分析、红外光谱、拉曼光谱、质谱、碳谱等测试技术对其进行表征,根据表征结果分析,同时对合成条件及反应机理进行了分析。利用循环伏安法,在玻碳电极上,分别以高氯酸锂和[Bu4N][PF6]为电解质合成了一种新型的导电聚合物:聚邻氨基二苄基二硫化物(POABD),分析了电聚合过程的反应机理,采用元素分析、红外光谱、拉曼光谱、热重分析对聚合物的分子结构及外貌进行分析和探讨;利用电化学工作站对聚合物的合成条件进行了分析研究。单体OABD和聚合物POABD的电化学性质分别在0.4mol·L-1LiClO4和0.3mol·L-1HClO4的乙腈和水溶液及0.1mol·L-1[Bu4N][PF6]的乙腈溶液中进行了研究分析,该聚合物的氧化还原峰电势差△Ep=0.0324V,表明聚邻氨基二苄基二硫化物POABD具有非常优异的动力学可逆性,且聚合物的导电性高。通过OABD与苯胺按不同单体比例1/1,1/2,1/25进行电共聚研究。结果表明,POABD的导电性要比任何比例共聚物的导电性好,且在相同合成条件下比传统的导电性优异的导电高分子材料聚苯胺的导电性都好,表明POABD的导电性优异,适合用作锂电池正极材料。通过电池组装测试,OABD和POABD作为锂电池正极材料的性能得到研究,结果表明,OABD的首次放电比容量分别为116mAh/g,放电比容量也有96mAh/g,效率为82%,没有明显的放电平台。POABD的首次充电比容量高达349mAh/g,放电比容量也有290mAh/g,效率为83%,2.0V处有明显的放电平台。循环性能测试表明,OABD在循环6次后仍有50mAh/g的容量和80%的效率,POABD在循环6次后容量保持达100mAh/g,效率高于80%。不同倍率的测试表明,OABD和POABD均在低倍率下显示出较好的充放电性能。
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