本文關(guān)鍵詞：鋰-聚苯胺電池充放電過(guò)程的研究

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【摘要】：聚苯胺是一種新型導(dǎo)電高分子聚合物,因其優(yōu)異的電化學(xué)性能、環(huán)境友好等特性,在電池行業(yè)備受關(guān)注。本文采用還原劑J制備不同氧化度的聚苯胺并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,確定了聚苯胺中含有的官能團(tuán)種類;根據(jù)電池充放電測(cè)試和EIS測(cè)試研究了隔膜復(fù)配、電解液濃度、聚苯胺氧化度、壓力、正極片質(zhì)量等因素對(duì)電池性能及其內(nèi)部反應(yīng)的影響,并對(duì)鋰-聚苯胺電池的充放電機(jī)理進(jìn)行了探討。將不同氧化度的聚苯胺進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試后發(fā)現(xiàn),電導(dǎo)率與其氧化度幾乎無(wú)關(guān),但是摻雜后聚苯胺的導(dǎo)電性顯著提高;通過(guò)紅外譜線測(cè)試發(fā)現(xiàn)在聚苯胺中主要存在的官能團(tuán)有苯環(huán),-NH2、C=N和醌式結(jié)構(gòu)。摻雜后聚苯胺中的C=N雙鍵移動(dòng)幅度最大說(shuō)明摻雜發(fā)生在與醌式結(jié)構(gòu)相連的C=N鍵上;通過(guò)XRD的測(cè)試表明隨著氧化度的增加,聚苯胺的結(jié)晶度下降,而經(jīng)過(guò)摻雜后結(jié)晶度明顯增大;從SEM的圖像中可以看出摻雜后聚苯胺的形貌由本征態(tài)的蓬松多孔變成堆積的片狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)研究不同摻雜劑的聚苯胺在鋰電中的充放電情況,確定了只有摻雜高氯酸的聚苯胺能夠應(yīng)用在鋰電池中。研究不同濃度電解液對(duì)電池的影響得出聚苯胺的充放電容量會(huì)隨著電解液濃度的增大而變大;摻雜率只會(huì)影響電池的首次放電容量,電池穩(wěn)定后,容量與摻雜率無(wú)關(guān);在眾多的隔膜復(fù)配形式中,只有隔膜組成為一層聚丙烯和AGM隔膜時(shí),電池的容量最高;同時(shí),聚苯胺電池的容量會(huì)隨著正極片厚度的增加而變小;聚苯胺的氧化度會(huì)影響到電池的首次放電容量,容量會(huì)隨著氧化度的增加而變大;在2 Mpa的壓力下,只有摻雜態(tài)的聚苯胺能夠正常的充放電,而本征態(tài)的聚苯胺卻失去了充放電的能力。通過(guò)以上的研究得出在鋰-聚苯胺電池的充放電過(guò)程中只存在著聚苯胺的摻雜與脫摻雜反應(yīng),并不存在鋰離子的嵌入和脫出。所以,在鋰-聚苯胺電池中并不存在明顯的充放電平臺(tái)。最后,文章闡述了目前二次電池的市場(chǎng)分布和鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域,并以實(shí)驗(yàn)室的合成工藝計(jì)算了PANi的成本,大概為20元/kg左右,與其他的正極材料相比,聚苯胺具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：鋰-聚苯胺電池 正極材料 充放電 比容量 摻雜
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義10-11
• 1.2 聚苯胺的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 導(dǎo)電高分子簡(jiǎn)介11
• 1.2.2 聚苯胺的發(fā)展歷程11
• 1.2.3 聚苯胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)11-14
• 1.2.4 聚苯胺的制備方法14-15
• 1.2.5 聚苯胺的應(yīng)用15-17
• 1.3 鋰-聚苯胺二次電池的研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 鋰-聚苯胺電池充放電過(guò)程的研究17-18
• 1.3.2 聚苯胺復(fù)合材料對(duì)鋰電池性能的影響18-20
• 1.3.3 不同摻雜劑對(duì)鋰-聚苯胺電池性能的影響20-21
• 1.3.4 聚苯胺的不同合成方法對(duì)鋰電池性能的影響21-22
• 1.3.5 聚苯胺在其他鋰電池中的應(yīng)用22-23
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容23-25
• 第2章 試驗(yàn)材料及方法25-31
• 2.1 試驗(yàn)藥品及儀器25-26
• 2.1.1 試驗(yàn)藥品25
• 2.1.2 試驗(yàn)儀器25-26
• 2.2 本征態(tài)聚苯胺的制備26-27
• 2.2.1 各種形態(tài)聚苯胺的制備26-27
• 2.2.2 合成聚苯胺的工藝流程27
• 2.3 鋰-聚苯胺電池的組裝流程27-28
• 2.4 材料表征及測(cè)試方法28-31
• 2.4.1 四探針電阻率測(cè)試28-29
• 2.4.2 傅里葉紅外光譜測(cè)試29
• 2.4.3 X射線衍射分析29
• 2.4.4 掃描電子顯微鏡分析29
• 2.4.5 循環(huán)伏安測(cè)試29
• 2.4.6 電池充放電測(cè)試29
• 2.4.7 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試29-30
• 2.4.8 塔菲爾測(cè)試30-31
• 第3章 聚苯胺的氧化還原和摻雜31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 本征態(tài)聚苯胺的合成方法31-32
• 3.2.1 還原劑的選擇31-32
• 3.2.2 工藝條件的優(yōu)化32
• 3.3 本征態(tài)聚苯胺的顏色變化32-33
• 3.4 本征態(tài)聚苯胺的表征33-36
• 3.4.1 不同氧化度聚苯胺導(dǎo)電性的測(cè)試33-34
• 3.4.2 本征態(tài)聚苯胺的紅外譜線表征34-35
• 3.4.3 本征態(tài)聚苯胺的XRD表征35
• 3.4.4 本征態(tài)PANi的形貌表征35-36
• 3.5 摻雜態(tài)聚苯胺36-39
• 3.5.1 摻雜態(tài)PANi的制備36
• 3.5.2 不同摻雜劑PANi的電導(dǎo)率變化36-37
• 3.5.3 摻雜態(tài)PANi的紅外表征37-38
• 3.5.4 摻雜態(tài)PANi的形貌表征38-39
• 3.6 聚苯胺可逆電位的確定39-42
• 3.6.1 聚苯胺在高氯酸溶液中的循環(huán)伏安曲線39
• 3.6.2 聚苯胺在高氯酸鈉溶液中的循環(huán)伏安曲線39-40
• 3.6.3 聚苯胺在低電位下的可逆測(cè)試40-41
• 3.6.4 聚苯胺的可逆電勢(shì)范圍41-42
• 3.7 本章小結(jié)42-43
• 第4章 鋰-聚苯胺電池充放電過(guò)程的研究43-64
• 4.1 引言43
• 4.2 鋰-聚苯胺電池充放電過(guò)程的研究43-52
• 4.2.1 不同隔膜復(fù)配對(duì)電池的影響43-44
• 4.2.2 不同濃度電解液對(duì)電池的影響44-45
• 4.2.3 電極厚度對(duì)電池的影響45-46
• 4.2.4 不同氧化度聚苯胺對(duì)電池的影響46-49
• 4.2.5 壓力對(duì)聚苯胺電池的影響49-50
• 4.2.6 摻雜劑的確定及其對(duì)電池的影響50-52
• 4.3 不同條件對(duì)電池內(nèi)部反應(yīng)的影響52-61
• 4.3.1 隔膜復(fù)配對(duì)電池的影響52-56
• 4.3.2 厚度對(duì)聚苯胺電池的影響56-60
• 4.3.3 聚苯胺的不同氧化度對(duì)電池的影響60-61
• 4.4 鋰-聚苯胺電池機(jī)理的探索61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 鋰-聚苯胺電池的經(jīng)濟(jì)分析64-69
• 5.1 引言64
• 5.2 二次電池概況64-65
• 5.3 鋰-聚苯胺電池的優(yōu)勢(shì)65-66
• 5.3.1 鋰-聚苯胺電池的性能優(yōu)勢(shì)65
• 5.3.2 鋰-聚苯胺電池的成本優(yōu)勢(shì)65-66
• 5.4 鋰-聚苯胺電池的不足66
• 5.5 鋰-聚苯胺電池的發(fā)展空間66-67
• 5.6 鋰-聚苯胺電池的前景67-68
• 5.7 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果78-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 林森浩，榮廷文，萬(wàn)洪和，鮑錦榮，王玟珉，，孫劍華，景遐斌，王利祥，范洪有;聚苯胺薄膜的離子束效應(yīng)[J];高分子學(xué)報(bào);1994年01期

2 榮廷文,林森浩,萬(wàn)洪和,鮑錦榮,王玟珉,孫建華,景遐斌,王利祥,姜海;聚苯胺的離子注入摻雜研究[J];核技術(shù);1993年12期

3 王佛松;王利祥;景遐斌;;聚苯胺的摻雜反應(yīng)[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1993年06期

本文編號(hào)：1040939