本文關(guān)鍵詞：聚苯胺復(fù)合材料的制備及其在鋰二次電池的應(yīng)用

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【摘要】：聚苯胺由于具有合成簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好、優(yōu)異的電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),在鋰二次電池中的應(yīng)用備受關(guān)注。但純聚苯胺做電池的正極材料,容量衰減快、功率密度低等問(wèn)題是限制其發(fā)展的重要因素。因此,制備聚苯胺復(fù)合材料成了近幾年的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)聚苯胺的合成工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,研究表明,苯胺濃度為0.7mol/L,n[(NH4)2SO4]/n(An)=1.25,鹽酸濃度為1.5 mol/L時(shí),聚苯胺有最高的產(chǎn)率、摻雜率、電導(dǎo)率和電池內(nèi)阻,并確立了雙氧化劑體系(Mn O2+APS)。根據(jù)上述最佳工藝制備出本征氧化態(tài)和本征還原態(tài)PANi/C復(fù)合材料。紅外譜圖顯示本征還原態(tài)PANi的醌式結(jié)構(gòu)吸收峰明顯減弱,得到較好的還原。XRD、SEM測(cè)試表明PANi/C復(fù)合材料復(fù)合效果較為理想。以復(fù)合材料作為正極組裝鋰二次電池,阻抗譜測(cè)試表明PANi在電池中進(jìn)行了摻雜,與純PANi做正極相比有更低的電池內(nèi)阻;本征氧化態(tài)和本征還原態(tài)在0.2 C倍率首次放電容量分別為146.9 m Ah/g和170.9 m Ah/g,經(jīng)過(guò)100次充放電循環(huán)后,電池容量仍然超過(guò)純PANi的首次放電容量73.7 m Ah/g,庫(kù)倫效率維持在98%以上;在5C倍率首次放電容量分別為115.6 m Ah/g和143.2 m A/g,100次充放電循環(huán)后僅衰減23.4%和11.0%,具有良好的循環(huán)壽命和倍率性能。提出了五種復(fù)合方法制備出PANi/RGO復(fù)合材料。PANi與GO共還原和還原態(tài)PANi與GO反應(yīng)這兩種方法,在紅外譜圖中GO的含氧官能團(tuán)和PANi的醌式結(jié)構(gòu)吸收峰明顯減弱或消失,GO和PANi得到較好的還原;與其它復(fù)合方法相比,這兩種復(fù)合方法的XRD和SEM測(cè)試表明有更高的結(jié)晶度,復(fù)合效果更為理想。以這五種方法制備的復(fù)合材料作為正極組裝鋰二次電池,通過(guò)阻抗譜和tafel測(cè)試表明,PANi與GO共還原和還原態(tài)PANi與GO反應(yīng)這兩種制備方法的電池內(nèi)阻最小,電極反應(yīng)的可逆性更好;在0.2 C倍率首次放電容量分別達(dá)到162.5 m Ah/g和190.6 m Ah/g,經(jīng)過(guò)100個(gè)充放電循環(huán)后,電池容量仍遠(yuǎn)超純PANi的首次放電容量,且?guī)靷愋誓鼙３衷?8%以上;通過(guò)5 C倍率充放電測(cè)試表明,首次放電容量分別為127.8 m Ah/g和143.2m A/g,經(jīng)過(guò)100個(gè)充放電循環(huán)后,電池容量?jī)H衰減11%和16%,表明這兩種方法制備的PANi/RGO復(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)壽命和倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 聚苯胺 活性炭 石墨烯 鋰二次電池
【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 導(dǎo)電聚苯胺11-18
• 1.2.1 聚苯胺的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 聚苯胺的摻雜12-14
• 1.2.3 聚苯胺的合成14-16
• 1.2.4 聚苯胺的應(yīng)用前景16-18
• 1.3 聚苯胺復(fù)合材料18-21
• 1.3.1 聚苯胺復(fù)合材料的類型18-19
• 1.3.2 研究進(jìn)展及復(fù)合方法19-21
• 1.4 鋰-聚苯胺二次電池21-24
• 1.4.1 鋰-聚苯胺二次電池的工作原理21-23
• 1.4.2 聚苯胺復(fù)合材料作為正極的研究23-24
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原料與測(cè)試方法25-31
• 2.1 試驗(yàn)藥品及試驗(yàn)儀器25-26
• 2.1.1 試驗(yàn)藥品25-26
• 2.1.2 試驗(yàn)儀器26
• 2.2 電池的組裝26-27
• 2.3 材料表征及測(cè)試方法27-31
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡27
• 2.3.2 X射線衍射儀27-28
• 2.3.3 紅外光譜28
• 2.3.4 四探針電阻率測(cè)試28
• 2.3.5 比表面積及孔徑測(cè)試28-29
• 2.3.6 tafel曲線測(cè)試29
• 2.3.7 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試29
• 2.3.8 電池充放電測(cè)試29-31
• 第3章 聚苯胺合成31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 聚苯胺的合成流程31-32
• 3.2.1 本征態(tài)PANi的合成流程31
• 3.2.2 本征態(tài)PANi的HCl O4 摻雜31-32
• 3.2.3 計(jì)算公式32
• 3.3 聚苯胺合成工藝的優(yōu)化32-37
• 3.3.1 苯胺濃度的影響32-34
• 3.3.2 過(guò)硫酸銨用量的影響34-36
• 3.3.3 鹽酸濃度的影響36-37
• 3.4 初級(jí)氧化劑的確定37-38
• 3.5 聚苯胺的表征38-40
• 3.5.1 紅外光譜測(cè)試38-39
• 3.5.2 XRD測(cè)試39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章PANi/C復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 活性炭的篩選41-42
• 4.3 PANi /C復(fù)合材料的制備42-44
• 4.3.1 本征氧化態(tài)PANi/C復(fù)合材料的制備42-43
• 4.3.2 本征還原態(tài)PANi/C復(fù)合材料的制備43-44
• 4.4 PANi/C復(fù)合材料的表征44-46
• 4.4.1 紅外光譜測(cè)試44-45
• 4.4.2 XRD測(cè)試45
• 4.4.3 SEM測(cè)試45-46
• 4.5 復(fù)合材料在鋰二次電池中的應(yīng)用研究46-51
• 4.5.1 鋰-聚苯胺電池的阻抗譜測(cè)試46-47
• 4.5.2 鋰-聚苯胺電池的tafel測(cè)試47-48
• 4.5.3 鋰-聚苯胺電池的充放電測(cè)試48-51
• 4.6 本章小結(jié)51-53
• 第5章PANi/RGO復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 石墨烯的制備53-54
• 5.3 PANi/R GO復(fù)合材料的制備54-56
• 5.3.1 以RGO為模板制備54
• 5.3.2 以GO為模板制備54
• 5.3.3 純PANi與RGO機(jī)械混合制備54-55
• 5.3.4 還原態(tài)PANi與GO反應(yīng)制備55
• 5.3.5 氧化態(tài)PANi與GO共還原制備55-56
• 5.4 PANi /RGO復(fù)合材料的表征56-59
• 5.4.1 紅外光譜測(cè)試56-57
• 5.4.2 XRD測(cè)試57-58
• 5.4.3 SEM測(cè)試58-59
• 5.5 復(fù)合材料在鋰二次電池中的應(yīng)用研究59-64
• 5.5.1 鋰-聚苯胺電池的阻抗譜測(cè)試59-60
• 5.5.2 鋰-聚苯胺電池的tafel測(cè)試60-61
• 5.5.3 鋰-聚苯胺電池的充放電測(cè)試61-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果74-76
• 致謝76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 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

2 杜新勝;馬利;;聚苯胺摻雜的研究與進(jìn)展[J];上海涂料;2008年01期

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本文編號(hào)：598634