杂多酸复合材料的制备及其在锂离子电池中研究

发布时间：2018-02-08 15:26

本文关键词： 锂离子电池杂多酸石墨烯聚苯胺　出处：《扬州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：杂多酸又名多金属氧簇(POM),是一类结构多样、功能丰富的单分子簇合物,在催化、电化学、储能、光化学、离子导体及磁等方面均展现出优异性质及广阔的应用前景。因此,利用其独特的功能和结构特性,实现多金属氧簇的材料化和器件化变得尤为重要。但是杂多酸在拥有高的储锂能力的同时,其自身也有一些缺陷,例如导电能力差且亦溶解于LiPF6电解液,这些缺点都制约着杂多酸在锂离子电池正极材料中的应用。所以怎样弥补这些不足,实现杂多酸复合材料在电化学中的应用成为多金属氧簇学科中的研究重点。(1)Keggin型的磷钨酸是多金属氧簇的一种,能够可逆得失一个或数个电子而保持结构不变,具有较高的储锂的性质,将其作为锂离子电池的正极材料制备锂离子电池时,因其导电性能差,近乎绝缘体,我们将导电聚合物聚苯胺和磷钨酸通过静电作用力复合,聚苯胺阳离子团和去氢离子的磷钨酸阴离子团相结合形成[(C6H5N)6(PW12O4O40)3-]n复合材料,但是通过测试,这样的复合材料仍能和纯磷钨酸一样易溶解于LiPF6电解液,我们又将PANI/PW12复合材料负载到具有超大的比表面积及优异的电学和机械性能的石墨烯上,通过水热反应,制备出rGO@PANI/PW12复合材料,再进行一系列的形貌和结构表征,如红外、XRD、拉曼、热重等,最后将这样的复合材料制备成2032型锂离子电池,通过高性能电池检测系统测其电化学性质,通过检测我们得出:分别在50mA/g、100mA/g、200mA/g、500mA/g、1A/g、2A/g、50mA/g的不同电流密度下,其放电比容量依次为280mAh/g、270mAh/g、230mAh/g、190mAh/g、155mAh/g、127mAh/g、280mAh/g、275mAh/g。(2)通过查阅相关文献发现如果利用碱金属阳离子修饰到杂多酸阴离子团上,可以得到杂多酸盐,经过测试这样的杂多酸盐基本不溶解于LiPF6电解液,目.碱金属阳离子Cs+和杂多酸结合其形貌不同。由于所制备的杂多酸盐依然是导电性能差,所以我们还是通过水热法包覆石墨烯,制备出石墨烯/杂多酸盐复合材料,这样的复合材料导电性、循环稳定性、放电比容量都比较优异,同样我们也进行了如扫描、透射、红外、XRD、拉曼、热重等表征,再将其制备成锂离子电池测其电化学性能,通过测试发现在50mA/g的电流密度下其放电比容量达到了 240mAh/g,再在1A/g的电流密度下进行了 700圈的长循环性能测试,开始时放电比容量达到了120mAh/g,经过了700圈的放电比容量依然有100mAh/g。(3)前面两部分中我们都利用水热反应,在制样的过程中周期长、能耗大。在第三部分中我们利用磷钼酸强的氧化性质,将磷钼酸、苯胺、石墨烯三者原位一步反应,制备出rGO@PANI/PMo12复合材料,它是一种三维的三明治结构,这样的结构有利于阻止石墨烯π-π效应引起的团聚,并且可以撑开石墨烯的层间距,增大了 3D海绵石墨烯的比表面积从而为更多锂离子嵌入/嵌出正极材料提供了位置,从而提高了用该rGO@PANI/PMo12复合材料放电比容量。在0.1C的倍率下,其放电比容量达到了305mAh/g,1C的倍率下,其初始放电比容量有120mAh/g,在500圈时依然能有60mAh/g,维持率达到了 50%。
[Abstract]:Heteropoly ( heteropoly acid ) , also known as polyoxometalate ( POM ) , is a kind of single molecule cluster with various structures and rich functions . It is very important for the application of polyoxometalic acid in the cathode material of lithium ion battery .

【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;TM912

【参考文献】