花朵状聚吡咯的合成及其在锂硫电池中的应用

发布时间：2017-12-09 05:10

  本文关键词：花朵状聚吡咯的合成及其在锂硫电池中的应用

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【摘要】：聚吡咯,作为一种典型的导电聚合物,不但具有优异的电性能、电化学性能,还具有制备简单、绿色环保以及环境稳定性高等诸多优点。特别地,与导电聚合物家族的其他成员相比,其对电信息敏感的捕捉能力和相对更高的掺杂度使其更加适合做电极材料。锂硫电池,因其较高的理论能量密度(2600 Wh/kg)而备受关注。尤其,正极活性物质单质硫的理论比容量高达1675 mAh/g,同时,其在自然界中储量丰富,价格低廉,且环境友好。因此,锂硫电池被认为是最具开发潜力的电池体系之一。然而,锂硫电池目前可实现应用的能量密度远低于其理论值,主要表现为循环寿命短、容量衰减快等问题。究其原因,主要表现为:单质硫的绝缘性使得其不得不与无法参加电极反应的电子导体相复合,以至于降低了正极的容量;其次,放电中间产物聚硫锂易溶于电解液,引起飞梭效应,从而导致活性物质利用率低、循环性能差等一系列问题的出现。本论文在充分查阅文献的基础上,以电化学法合成的具有电化学活性、多孔大比表面积的花朵状导电聚合物聚吡咯为正极骨架与单质硫复合,并对此正极材料的电化学性能进行了表征。本论文的主要研究内容如下:(1)采用电化学循环伏安法,以金属钽为工作电极,不锈钢为辅助电极,饱和甘汞为参比电极,在以对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸钠为掺杂剂的水溶液表面,合成了具有花朵状形貌的聚吡咯。此花朵状形貌的聚吡咯不但具有较大的比表面积、较好的热稳定性,同时还松软富有弹性。(2)对其合成条件进行了优化。设计不同的合成速率,并以不同合成速率下得到的花朵状聚吡咯为正极、锂片为负极装配电池。通过比较电池的开路电压以及首次放电比容量,确定了花朵状聚吡咯的最佳合成速率为0.1 V/s。(3)将在0.1 V/s扫描速率下合成的花朵状聚吡咯与单质硫在120℃下熔融复合,得到PPy/S复合正极材料,并对其电化学性能进行表征。结果表明,松软富有弹性的花朵状聚吡咯对正极结构的坍塌失效以及放电中间产物在电解液中的溶解具有很好的抑制作用,直观表现即是电池的循环可逆性特别好,在0.5C多次充放电条件下,平均库仑效率达到93%。结果表明,电化学法合成的花朵状聚吡咯,具有较好的电化学活性及对聚硫锂的物理吸附性,极大地提高了活性物质的利用率、电池的容量保持率以及电池的循环可逆稳定性。同时,本文也为导电聚合物的电极应用提供了实验参考。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O633.5;TM912

【参考文献】

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本文编号：1269176