本文關(guān)鍵詞：聚苯胺包覆氟化石墨正極材料制備及在鋰電池中應(yīng)用

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【摘要】：氟化石墨(CF_x)作為鋰電池正極材料,其理論比容量高達(dá)865 mAh/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前商品化的鋰電池用MnO2材料(理論放電比容量308 mAh/g)。由于Li-CF_x電池具有高低溫性能優(yōu)異、工作電壓平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),因此該電池可被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、可穿戴設(shè)備中。但是CF_x的電導(dǎo)率隨著含氟量的增加而降低,當(dāng)x=1時,CF_x的導(dǎo)電性會變得很差,限制了CF_x材料的電化學(xué)性能的發(fā)揮。為了改善CF_x材料的導(dǎo)電性,論文采用原位化學(xué)氧化聚合法,在CF_x表面包覆一層導(dǎo)電聚苯胺(PANI),制得PANI/CF_x復(fù)合材料。研究了使用不同氧化劑制備PANI/CF_x復(fù)合材料,PANI層厚度對其電化學(xué)性能的影響,得到了最優(yōu)的電化學(xué)性能材料對應(yīng)的包覆層厚度。以此改善材料的放電倍率、放電比容量等電化學(xué)性能。本論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過原位化學(xué)氧化聚合法,用FeCl_3、H2O2、(NH_4)_2S_2O_8三種不同的氧化劑制備出了PANI/CF_x復(fù)合材料(CF_x:苯胺單體=1:1),并對復(fù)合材料進(jìn)行了SEM、TEM和放電性能測試。測試結(jié)果表明:隨著氧化劑氧化性的提高,表面包覆的PANI層越來越厚,FeCl_3、H2O2、(NH_4)_2S_2O_8氧化劑制得的PANI層厚度依次大約為230 nm、300 nm、360 nm;用FeCl_3氧化制備的復(fù)合材料放電性能優(yōu)于其它兩種氧化劑制得的復(fù)合材料。(2)為了得到FeCl_3作氧化劑時的最佳PANI層厚度,通過改變CF_x與苯胺單體的配比,用FeCl_3氧化制備出具有不同厚度PANI層的PANI/CF_x復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料進(jìn)行TEM、放電性能等測試,得到如下結(jié)論:CF_x與苯胺單體的質(zhì)量比等于4:1、2:1、4:3時制得的PANI/CF_x復(fù)合材料放電倍率都可達(dá)到8 C;0.1 C倍率下放電,放電比容量都在800 mAh/g以上,接近理論比容量;其中CF_x與苯胺單體的質(zhì)量比等于2:1、4:3時制得的PANI/CF_x復(fù)合材料的放電性能最好,結(jié)合TEM可得到PAINI層的最佳厚度約為160 nm~180 nm。(3)為了得到用(NH_4)_2S_2O_8作氧化劑時的最佳PANI層厚度,通過改變CF_x與苯胺單體的比例,用(NH_4)_2S_2O_8氧化制備出了具有不同厚度PANI層的PANI/CF_x復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料進(jìn)行放電性能測試,得到如下結(jié)論:CF_x與苯胺單體的質(zhì)量比等于4:1、8:1、16:1時制得的PANI/CF_x復(fù)合材料放電倍率都可達(dá)到6 C;0.1 C倍率下放電,放電比容量都在700 mAh/g以上;其中CF_x與苯胺單體的質(zhì)量比等于8:1時制得的PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能最好,結(jié)合TEM可得到PANI層的最佳厚度約為150 nm~170 nm。(4)通過對第(2)(3)部分制備的PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能對比分析,用FeCl_3作氧化劑、CF_x:苯胺單體=4:3時制得的PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能最優(yōu),因此選取該復(fù)合材料進(jìn)行組裝電池,并與CF_x原材料進(jìn)行了高低溫性能測試,經(jīng)對比可知,FeCl_3作氧化劑制得的該比例復(fù)合材料比CF_x原材料具有更優(yōu)異的高低溫性能。在0.1 C倍率下放電時,電池可在-30℃正常放電,放電平臺約為1.91 V,放電比容量可達(dá)到657 mAh/g;在100℃放電時,電池的放電平臺可達(dá)到2.62 V;在0.5 C倍率下放電時,電池最低放電溫度為-20℃,放電平臺約為1.80 V,放電比容量可達(dá)到547 mAh/g;在高溫放電時,可在100℃正常放電。論文采用氧化還原聚合法成功在CF_x表面包覆了導(dǎo)電PANI,并且制得的PANI/CF_x復(fù)合材料的電化學(xué)性能相比于原始CF_x有明顯地提升。這為今后我國Li-CF_x電池的商品化奠定了良好的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：氟化石墨 聚苯胺 鋰-氟化石墨電池 高低溫性能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰電池簡介10-14
• 1.2.1 鋰-二氧化錳電池11-12
• 1.2.2 鋰-亞硫酰氯電池12-13
• 1.2.3 鋰-二氧化硫電池13
• 1.2.4 鋰-氟化石墨電池13-14
• 1.3 鋰-氟化石墨電池正極材料研究進(jìn)展14-19
• 1.3.1 Li-CF_x電池特性15-16
• 1.3.2 Li-CF_x電池放電原理及挑戰(zhàn)16-17
• 1.3.3 氟化石墨正極材料改性方法17-19
• 1.4 聚苯胺在電池中的應(yīng)用19-21
• 1.4.1 聚苯胺結(jié)構(gòu)19-20
• 1.4.2 聚苯胺合成方法20-21
• 1.4.3 聚苯胺與電極材料的復(fù)合21
• 1.5 論文的選題依據(jù)、研究思路及主要內(nèi)容21-24
• 1.5.1 選題依據(jù)21-22
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容22-24
• 第2章 氧化劑種類對PANI/CF_x電化學(xué)性能的影響24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器24-26
• 2.3 不同氧化劑制備的PANI及其紅外光譜分析26-27
• 2.4 PANI/CF_x復(fù)合正極材料的制備27-29
• 2.4.1 PANI/CF_x材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計27
• 2.4.2 PANI/CF_x復(fù)合正極材料制備流程27-29
• 2.5 PANI/CF_x復(fù)合材料形貌及結(jié)構(gòu)表征29-34
• 2.5.1 PANI/CF_x復(fù)合材料的SEM表征29-32
• 2.5.2 PANI/CF_x復(fù)合材料的XRD分析32-33
• 2.5.3 PANI/CF_x復(fù)合材料的TEM表征33-34
• 2.6 PANI/CF_x復(fù)合材料電化學(xué)性能34-38
• 2.6.1 電極制備及電池的組裝34-35
• 2.6.2 PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能35-37
• 2.6.3 交流阻抗測試分析37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第3章 FeCl_3氧化制備PANI/CF_x復(fù)合材料及其電化學(xué)性能40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料的制備40-41
• 3.3 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料的形貌及結(jié)構(gòu)表征41-44
• 3.3.1 PANI/CF_x復(fù)合材料的SEM形貌表征41-42
• 3.3.2 PANI/CF_x復(fù)合材料的XRD分析42-43
• 3.3.3 PANI/CF_x復(fù)合材料的TEM表征43-44
• 3.4 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料電化學(xué)性能44-47
• 3.4.1 PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能44-46
• 3.4.2 交流阻抗測試分析46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 (NH_4)_2S_2O_8氧化制備PANI/CF_x復(fù)合材料及其電化學(xué)性能48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料的制備48-49
• 4.3 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料的形貌及結(jié)構(gòu)表征49-52
• 4.3.1 復(fù)合材料的SEM形貌表征49-51
• 4.3.2 復(fù)合材料的XRD分析51
• 4.3.3 復(fù)合材料的TEM表征51-52
• 4.4 不同包覆比例的PANI/CF_x復(fù)合材料電化學(xué)性能52-56
• 4.4.1 PANI/CF_x復(fù)合材料放電性能52-55
• 4.4.2 PANI/CF_x復(fù)合材料交流阻抗測試分析55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 PANI/CF_x電池高低溫性能57-59
• 5.1 引言57
• 5.2 高低溫放電測試57-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 致謝67-69
• 個人簡歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果69

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 萬梅香,周維俠,李永舫;STUDIES ON THE ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF FREE-STANDING FILMS OF POLYANILINE[J];Chinese Journal of Polymer Science;1991年04期

2 萬梅香;RECTIFYING EFFECT OF POLYANILINE(PANI)/N-TYPE POROUS SILICONE HETEROJUNCTION[J];Chinese Journal of Polymer Science;1999年01期

3 潘瑋;江建明;楊勝林;李光;;The Effect of Casting Solvent on the Electrical Property of Polyaniline/Polyacrylonitrile[J];Journal of DongHua University;2006年01期

4 賴延清;李晶;李R，

本文編號：761258