本文關(guān)鍵詞：水系鋰離子電池醌類(lèi)聚合物負(fù)極的制備及性能研究　出處：《北京化工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：傳統(tǒng)鋰離子電池使用有機(jī)電解液,仍有成本高、制備條件苛刻、安全性低等缺點(diǎn)。然而,采用無(wú)機(jī)鋰鹽溶液的水系鋰離子電池則更加環(huán)保安全、價(jià)格低、易于制取。特別是,水溶液中的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于有機(jī)電解質(zhì)。因此,水系鋰離子電池被視為具有開(kāi)發(fā)潛能的新型綠色化學(xué)能源。然而,受到水溶液電化學(xué)窗口的限制,可選擇的正、負(fù)極材料有限。其中,負(fù)極材料在水溶液中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,放電比容量低、循環(huán)穩(wěn)定性較差,極大限制了水系鋰離子電池性能的提高。不同于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料,有機(jī)聚合物材料具有理論比容量高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、綠色合成,能循環(huán)利用等特點(diǎn),有望成為新型儲(chǔ)能材料的發(fā)展方向。其中,基于共軛羰基的小分子醌類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)良好的電化學(xué)可逆性,能通過(guò)聚合的方式來(lái)提高材料穩(wěn)定性,獲得更好的電化學(xué)性能。關(guān)于有機(jī)醌類(lèi)聚合物正極材料的研究日益增多,但作為負(fù)極材料應(yīng)用在水系鋰離子電池中卻鮮有報(bào)道。本文合成了硫代聚苯醌和聚2,5-二羥基對(duì)苯醌兩種有機(jī)醌類(lèi)聚合物,并研究了其作為水系鋰離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。利用紅外光譜法、核磁共振、元素分析等表征技術(shù)來(lái)探究聚合過(guò)程；結(jié)合掃描電子顯微鏡來(lái)觀察顆粒尺寸大小、表面形貌、分布均勻度；借助循環(huán)伏安、恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)檢測(cè)手段來(lái)研究材料充放電過(guò)程中的性能差異。(1)以四氯苯醌單體為原料,采用硫化聚合的方法,制備了聚硫代苯醌(PBQS)材料。實(shí)驗(yàn)探究了在S和Na2S不同摩爾比條件下,生成的聚合物結(jié)構(gòu)差異及電化學(xué)性能的優(yōu)劣。結(jié)果表明：當(dāng)S和Na2S摩爾比為0.4：1時(shí),形成兩個(gè)氯原子被硫取代的PBQS-0.4穩(wěn)定結(jié)構(gòu),顯現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。PBQS-0.4電極在100 mA/g、1000mA/g倍率下的初始放電比容量分別為142.3 mAh/g、120.4 mAh/g;當(dāng)電流密度重新回到100 mA/g時(shí),放電比容量仍能達(dá)到140 mAh/g左右。200 mA/g電流密度下,初始放電比容量為138.4 mAh/g,PBQS-04電極經(jīng)200個(gè)循環(huán)周期,庫(kù)倫效率始終維系在95%以上,容量保持率為86.6%。(2)以2,5-二羥基對(duì)苯醌為單體,通過(guò)簡(jiǎn)單的縮醛反應(yīng),成功制備出聚2,5-二羥基對(duì)苯醌(PDBM)材料�？疾炝瞬煌磻�(yīng)溫度和球磨時(shí)間下制備的PDBM電極電化學(xué)性能。結(jié)果表明,反應(yīng)溫度為30℃、球磨時(shí)間為5h時(shí)所制備的PDBM電極材料放電比容量更高,循環(huán)穩(wěn)定性良好。100 mA/g充放,PDBM電極首次放電比容量為85.0 mAh/g,50次循環(huán)后,容量保持率為87.6%。交流阻抗數(shù)據(jù)顯示,球磨5h時(shí)PDBM電極阻抗值最小。由于樣品顆粒粒度降低,擴(kuò)散電阻減小,增強(qiáng)電極反應(yīng)活性,從而提高材料的電化學(xué)性能。但是隨著循環(huán)次數(shù)的增加,阻抗略有增大,這可能緣于有機(jī)聚合物材料本身的不穩(wěn)定、少量溶解,實(shí)際上增加了電極的極化,放電比容量會(huì)逐漸降低。
[Abstract]:An organic electrolyte is used for lithium ion batteries , which has the disadvantages of high cost , harsh preparation conditions , low safety and the like . However , the ionic conductivity in aqueous solution is much higher than that of organic electrolyte . The results show that when the molar ratio of S and Na2S is 0.4 鈭，

本文編號(hào)：1426975