锂-聚苯胺电池充放电过程的研究

发布时间：2017-10-16 05:40

  本文关键词：锂-聚苯胺电池充放电过程的研究

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【摘要】：聚苯胺是一种新型导电高分子聚合物,因其优异的电化学性能、环境友好等特性,在电池行业备受关注。本文采用还原剂J制备不同氧化度的聚苯胺并对其结构进行表征,确定了聚苯胺中含有的官能团种类;根据电池充放电测试和EIS测试研究了隔膜复配、电解液浓度、聚苯胺氧化度、压力、正极片质量等因素对电池性能及其内部反应的影响,并对锂-聚苯胺电池的充放电机理进行了探讨。将不同氧化度的聚苯胺进行电导率测试后发现,电导率与其氧化度几乎无关,但是掺杂后聚苯胺的导电性显著提高;通过红外谱线测试发现在聚苯胺中主要存在的官能团有苯环,-NH2、C=N和醌式结构。掺杂后聚苯胺中的C=N双键移动幅度最大说明掺杂发生在与醌式结构相连的C=N键上;通过XRD的测试表明随着氧化度的增加,聚苯胺的结晶度下降,而经过掺杂后结晶度明显增大;从SEM的图像中可以看出掺杂后聚苯胺的形貌由本征态的蓬松多孔变成堆积的片状结构。通过研究不同掺杂剂的聚苯胺在锂电中的充放电情况,确定了只有掺杂高氯酸的聚苯胺能够应用在锂电池中。研究不同浓度电解液对电池的影响得出聚苯胺的充放电容量会随着电解液浓度的增大而变大;掺杂率只会影响电池的首次放电容量,电池稳定后,容量与掺杂率无关;在众多的隔膜复配形式中,只有隔膜组成为一层聚丙烯和AGM隔膜时,电池的容量最高;同时,聚苯胺电池的容量会随着正极片厚度的增加而变小;聚苯胺的氧化度会影响到电池的首次放电容量,容量会随着氧化度的增加而变大;在2 Mpa的压力下,只有掺杂态的聚苯胺能够正常的充放电,而本征态的聚苯胺却失去了充放电的能力。通过以上的研究得出在锂-聚苯胺电池的充放电过程中只存在着聚苯胺的掺杂与脱掺杂反应,并不存在锂离子的嵌入和脱出。所以,在锂-聚苯胺电池中并不存在明显的充放电平台。最后,文章阐述了目前二次电池的市场分布和锂电池的应用领域,并以实验室的合成工艺计算了PANi的成本,大概为20元/kg左右,与其他的正极材料相比,聚苯胺具有明显的价格优势。
【关键词】：锂-聚苯胺电池 正极材料 充放电 比容量 掺杂
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-11
• 1.2 聚苯胺的研究现状11-17
• 1.2.1 导电高分子简介11
• 1.2.2 聚苯胺的发展历程11
• 1.2.3 聚苯胺的结构特点11-14
• 1.2.4 聚苯胺的制备方法14-15
• 1.2.5 聚苯胺的应用15-17
• 1.3 锂-聚苯胺二次电池的研究现状17-23
• 1.3.1 锂-聚苯胺电池充放电过程的研究17-18
• 1.3.2 聚苯胺复合材料对锂电池性能的影响18-20
• 1.3.3 不同掺杂剂对锂-聚苯胺电池性能的影响20-21
• 1.3.4 聚苯胺的不同合成方法对锂电池性能的影响21-22
• 1.3.5 聚苯胺在其他锂电池中的应用22-23
• 1.4 本文研究的主要内容23-25
• 第2章 试验材料及方法25-31
• 2.1 试验药品及仪器25-26
• 2.1.1 试验药品25
• 2.1.2 试验仪器25-26
• 2.2 本征态聚苯胺的制备26-27
• 2.2.1 各种形态聚苯胺的制备26-27
• 2.2.2 合成聚苯胺的工艺流程27
• 2.3 锂-聚苯胺电池的组装流程27-28
• 2.4 材料表征及测试方法28-31
• 2.4.1 四探针电阻率测试28-29
• 2.4.2 傅里叶红外光谱测试29
• 2.4.3 X射线衍射分析29
• 2.4.4 扫描电子显微镜分析29
• 2.4.5 循环伏安测试29
• 2.4.6 电池充放电测试29
• 2.4.7 电化学交流阻抗测试29-30
• 2.4.8 塔菲尔测试30-31
• 第3章 聚苯胺的氧化还原和掺杂31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 本征态聚苯胺的合成方法31-32
• 3.2.1 还原剂的选择31-32
• 3.2.2 工艺条件的优化32
• 3.3 本征态聚苯胺的颜色变化32-33
• 3.4 本征态聚苯胺的表征33-36
• 3.4.1 不同氧化度聚苯胺导电性的测试33-34
• 3.4.2 本征态聚苯胺的红外谱线表征34-35
• 3.4.3 本征态聚苯胺的XRD表征35
• 3.4.4 本征态PANi的形貌表征35-36
• 3.5 掺杂态聚苯胺36-39
• 3.5.1 掺杂态PANi的制备36
• 3.5.2 不同掺杂剂PANi的电导率变化36-37
• 3.5.3 掺杂态PANi的红外表征37-38
• 3.5.4 掺杂态PANi的形貌表征38-39
• 3.6 聚苯胺可逆电位的确定39-42
• 3.6.1 聚苯胺在高氯酸溶液中的循环伏安曲线39
• 3.6.2 聚苯胺在高氯酸钠溶液中的循环伏安曲线39-40
• 3.6.3 聚苯胺在低电位下的可逆测试40-41
• 3.6.4 聚苯胺的可逆电势范围41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 锂-聚苯胺电池充放电过程的研究43-64
• 4.1 引言43
• 4.2 锂-聚苯胺电池充放电过程的研究43-52
• 4.2.1 不同隔膜复配对电池的影响43-44
• 4.2.2 不同浓度电解液对电池的影响44-45
• 4.2.3 电极厚度对电池的影响45-46
• 4.2.4 不同氧化度聚苯胺对电池的影响46-49
• 4.2.5 压力对聚苯胺电池的影响49-50
• 4.2.6 掺杂剂的确定及其对电池的影响50-52
• 4.3 不同条件对电池内部反应的影响52-61
• 4.3.1 隔膜复配对电池的影响52-56
• 4.3.2 厚度对聚苯胺电池的影响56-60
• 4.3.3 聚苯胺的不同氧化度对电池的影响60-61
• 4.4 锂-聚苯胺电池机理的探索61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 锂-聚苯胺电池的经济分析64-69
• 5.1 引言64
• 5.2 二次电池概况64-65
• 5.3 锂-聚苯胺电池的优势65-66
• 5.3.1 锂-聚苯胺电池的性能优势65
• 5.3.2 锂-聚苯胺电池的成本优势65-66
• 5.4 锂-聚苯胺电池的不足66
• 5.5 锂-聚苯胺电池的发展空间66-67
• 5.6 锂-聚苯胺电池的前景67-68
• 5.7 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果78-80
• 致谢80

【参考文献】

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1 林森浩，荣廷文，万洪和，鲍锦荣，王玟珉，，孙剑华，景遐斌，王利祥，范洪有;聚苯胺薄膜的离子束效应[J];高分子学报;1994年01期

2 荣廷文,林森浩,万洪和,鲍锦荣,王玟珉,孙建华,景遐斌,王利祥,姜海;聚苯胺的离子注入掺杂研究[J];核技术;1993年12期

3 王佛松;王利祥;景遐斌;;聚苯胺的掺杂反应[J];武汉大学学报(自然科学版);1993年06期

本文编号：1040939