苯胺类衍生物聚合物的制备及其锂电池正极材料性能研究

发布时间：2018-05-13 15:31

本文选题：锂离子电池 + 正极材料　；参考：《浙江工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：本论文工作通过在苯胺单体上引入具有电化学活性的二茂铁、氧氮自由基,成功制备了两种新型的具有电化学活性基团的苯胺衍生物单体:苯胺-二茂铁衍生物和苯胺-氧氮自由基衍生物。并设计分子结构制得一种具有高自由基密度的三苯胺衍生物单体:N,N’-二(1-苯基-4-三苯胺基)-1,4-苯二胺。并通过化学氧化法制备了相应单体的系列共(均)聚物:苯胺-二茂铁衍生物均聚物(PAnFc)、苯胺/苯胺-二茂铁衍生物共聚物(P(An-co-AnFc)(2:1),P(An-co-AnFc)(3:1)和P(An-co-AnFc)(5:1)),苯胺/苯胺-氧氮自由基衍生物共聚物(P(An-co-AnT)(1:1),P(An-co-AnT)(3:1)和P(An-co-AnT)(5:1)),N,N’-二(1-苯基-4-三苯胺基)-1,4-苯二胺均聚物(PFTP)。研究了制备的具有电化学活性基团的苯胺衍生物聚合物和具有高自由基密度的三苯胺衍生物聚合物作为锂离子电池正极材料的电化学和电池充放电性能。苯胺-二茂铁衍生物单体的均聚物PAnFc电极在3.4 V左右有一个很明显的电压平台,相对于PAn电极,共聚物P(An-co-AnFc)(2:1),P(An-co-AnFc)(3:1)和P(An-co-An Fc)(5:1)电极在3.0~4.0 V的电压范围内放电电压平台也有一定程度的改善,并且随着共聚物中An比例的增加,共聚物的首次放电比容量也有了提高。在20 mA·g-1的充放电速率下,PAnFc,P(An-co-AnFc)(2:1),P(An-co-AnFc)(3:1),P(An-co-AnFc)(5:1)和PAn电极的首次放电比容量分别为35.5,61.5,88.2,104.9和108.2mah·g-1,30次循环之后的容量保持率分别为92.1%,85.6%,76.3%,67.4%和58.5%。结果表明,将二茂铁基团引入聚苯胺骨架中可以改善电池的充放电平台、循环性能和颗粒形貌,这得益于二茂铁基团优良的氧化还原可逆性和稳定性,颗粒形貌的改善得益于分子结构的设计使得聚合物链与链之间距离增大。苯胺-氧氮自由基衍生物的三种共聚物p(an-co-ant)(1:1),p(an-co-ant)(3:1)和p(an-co-ant)(5:1)电极相比于pan电极在3.5~4.0v的电压范围内有一个改善的充电电压平台,并且随着共聚物中ant比例的增加,共聚物的电压平台改善越明显。在20ma·g-1的充放电速率下,p(an-co-ant)(1:1),p(an-co-ant)(3:1),p(an-co-ant)(5:1)和pan电极的首次放电比容量分别为44.2,60,77.3和94.3mah·g-1,20次循环之后的容量保持率分别为87.1%,82.7%,78.9%和67.1%。结果表明,将氧氮自由基引入聚苯胺骨架中可以改善电池的充放电平台、循环性能和颗粒形貌,这得益于氧氮自由基基团优良的氧化还原可逆性和稳定性,颗粒形貌的改善得益于分子结构的设计使得聚合物链与链之间距离增大,从而减小了聚苯胺的团聚。聚n,n’-二(1-苯基-4-三苯胺基)-1,4-苯二胺(pftp)电极在3.3,3.5和3.8v左右的电压范围内分别有三个较为明显的电压平台,相比于聚三苯胺(ptpa)电极的单电压平台,多平台有利于pftp电极的比容量的提高。在20ma·g-1的充放电速率下,pftp电极和ptpa电极的首次放电比容量分别为74.2和62.3mah·g-1,50次循环之后容量保持率分别为98.25%和93.74%。扫描电镜图可以观察到相比于ptpa,pftp具有更均匀、细小、稀疏的颗粒形貌。结果表明,相比于ptpa电极,pftp电极具有更高的首次放电比容量、更稳定的循环性能和更细小的颗粒形貌,这得益于分子结构的设计使得聚合物具有独特的枝状结构和更高的理论能量密度。
[Abstract]:A new aniline derivative monomer ( PAnFc ) , P ( An - co - AnFc ) ( 3 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 3 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 3 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 3 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 3 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) , P ( An - co - AnFc ) ( 5 : 1 ) and PAn electrode were prepared by chemical oxidation .

【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ317;TM912

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