發(fā)展先進儲能方式是提高能量利用率的關鍵之一。鋰離子電池以其高能量密度和高穩(wěn)定性被廣泛應用于便攜式電子產(chǎn)品、汽車、航空航天等領域。有機聚合物電極由于合成簡單、結(jié)構(gòu)多樣、環(huán)境友好等特點,有望在下一代高性能鋰離子電池中得到實際應用。本論文以提升鋰離子電池聚合物電極的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性為出發(fā)點,設計制備了新型的三苯胺類和噻吩類聚合物電極材料,研究其電化學性能,并分別作為正極和負極組裝了相應的鋰離子電池,探究聚合物結(jié)構(gòu)對電池性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）設計合成了三種孔結(jié)構(gòu)差異較大的苯-噻吩基聚合物p BHT、p BAT及p BABT,并將其用于鋰離子電池負極材料。SEM和BET測試表明,p BHT為空心柱狀結(jié)構(gòu),比表面積較高（1139 m²/g）。在電流密度為100 m A/g時,p BHT的首周放電比容量為1649 m Ah/g,第二周急劇衰減為84 m Ah/g,可逆比容量極低,這是由于空心柱狀結(jié)構(gòu)會在充放電過程中形成“死鋰”,導致聚合物結(jié)構(gòu)崩塌。而含有乙炔基的p BAT和p BABT兩種聚合物比表面積非常低（分別為32.5 m²/... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

方形池示意圖[27]

鋰離子電池導電聚合物電極材料的制備及其電化學性能研究3過程中，正極鈷酸鋰失去電子，同時Co3+部分被被氧化為Co4+形成Li1-xCoO2結(jié)構(gòu)，鋰離子通過電解液進入負極；負極石墨得到電子，同時鋰離子嵌入石墨層中形成LixC6結(jié)構(gòu)；相反的放電時鋰離子從石墨層中脫出，到達正極。充放電過程中鋰離子經(jīng)電解液在正負極間來回穿梭，電子通過集流體從電池外部流動，最早的鋰電池也被稱為“搖椅電池”。充放電過程中電極反應如下：正極反應LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-(1-1)負極反應C6+xLi++xe-LixC6(1-2)電池反應LiCoO2+C6Li1-xCoO2+LixC6(1-3)圖1-2鋰離子電池工作示意圖[14]Figure1-2.SchematicillustrationoftheworkingmechanismofLi-ionbatteries1.3有機鋰離子電池原理及特點盡管目前二次電池已經(jīng)商業(yè)化，但是依然存在各種問題。隨著人們的探索，電極材料的種類變得越來越豐富，可以采用特殊的結(jié)構(gòu)設計來滿足實際應用要求的不斷提高[24]。在逐漸擴大的電極材料體系中，有機活性材料由于結(jié)構(gòu)豐富、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)點，近年來研究熱度逐漸增加[25-26]。1.3.1有機電池的反應原理有機鋰離子電池的基本構(gòu)成與無機鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)基本一致，但其電極反應原理卻有較大的差異。在有機鋰離子電池中，有機電極發(fā)生氧化/還原時電極會失去/得到電子，使有機分子帶正/負電荷，為了保持電中性，電解液中的陰/陽離子移動到電極內(nèi)部，形成電中性的類鹽結(jié)構(gòu)，相應的過程稱為p摻雜或n摻雜[27]。

鋰離子電池導電聚合物電極材料的制備及其電化學性能研究5圖1-3三種聚合物電極的結(jié)構(gòu)Figure1-3.TheStructureofthreepolymerelectrodes(2)正負極材料都是n型摻雜，充放電時只有陽離子在正負極間發(fā)生摻雜/脫摻雜。Emanuelsson[93]等以導電聚合物PEDOT為主鏈，側(cè)鏈活性基團為苯醌和蒽醌構(gòu)成的聚合物為正負極材料組成全電池。后由于PEDOT主鏈具有良好的導電性，電極不需要添加導電劑，全電池的反應機理如圖1-4所示。該全有機電池的平均電勢為0.5V，放電比容量為90mAh/g，但是由于正極PEDOT-BQ的循環(huán)穩(wěn)定性較差導致全電池性能一般。圖1-4一種n型聚合物全有機電池的反應機理[93]Figuer1-4.Thereactionmechanismofann-typepolymerall-organicbattery(3)正負極都為p型摻雜，充放電過程中只有陰離子在正負極材料間發(fā)生摻雜。Cadiou[94]等人設計了一種配合物1/1M-LiClO4-PC/聚合物2組成的全有機電池，電極的結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，兩種電極材料都是p-摻雜性質(zhì)，在充放電過程中只有ClO4-進行摻雜。該電池的充放電電壓平臺在0.7V，在正負極材料質(zhì)量比為1:2時，全電池的比容量為61mAh/g，循環(huán)15周后比容量為50mAh/g，全電池的性能與負極材料的電化學性能基本一致。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]電化學聚合制備基于導電聚合物的高能量密度超級電容器電極與器件[D]. 張環(huán)環(huán).吉林大學 2017
[2]基于電活性聚合物的全有機電池研究[D]. 朱利敏.武漢大學 2013

碩士論文
[1]基于星型結(jié)構(gòu)噻吩類單體的共軛聚合物的電化學制備及電致變色性質(zhì)[D]. 陳瀾.浙江工業(yè)大學 2017
[2]鋰離子電池電解液添加劑的分子設計、合成和電化學性質(zhì)研究[D]. 余靈超.電子科技大學 2017



本文編號：3110018