锂离子电池用聚酰亚胺活性物质及粘结剂的研究

发布时间：2020-06-19 09:34

【摘要】：聚酰亚胺是一类具有优异热稳定性和力学性能的聚合物,广泛应用于存储材料、共价有机骨架、储氢和光学材料等各个领域,其具有结构多样性、绿色可持续以及潜在高比容量等特性,可以有效地解决锂离子电池中传统无机活性物质自然界储量少、理论容量低以及商业化聚偏氟乙烯粘结剂在电极应用中所存在的问题。基于此,本文制备了多种不同结构的聚酰亚胺材料,深入探讨了其作为正极活性物质及粘结剂对电池电化学性能的影响。主要研究内容如下:首先,将4,4'-二氨基二苯砜(DDS)、4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、4,4'-二氨基二苯甲酮(DABP)分别与均苯四甲酸二酐(PMDA)通过一步法高温制备DDS-PMDA、DABP-PMDA、ODA-PMDA粉末,研究了所制备粉末的结构和热性能,并探索了聚酰亚胺粉末中基团对电极形貌、结构以及电池电化学性能的影响。其中,DDS-PMDA电极具有较小的阻抗值和极化现象,充放电过程中平台较为明显,并且在40 mA g~(-1)的电流密度下循环100次后容量保持率为75.47%,具有相对较好的循环稳定性,同时表现出相对较好的倍率性能。其次,以4,4'-二氨基二苯砜(DDS)、1,4-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯(6FAPB)和3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)为单体,通过一步法制备了6FAPB-BTDA、6FAPB/DDS-BTDA聚合物。对所制备的聚酰亚胺的结构和热性能进行了分析,并表征了其做粘结剂制备的磷酸铁锂电极的结构和形貌,最后探究其作粘结剂对电极电化学性能影响。所制备两种聚酰亚胺对磷酸铁锂电极中活性物质的晶型并没产生影响,电极形成了良好的导电网络。聚酰亚胺粘结剂所制备电极具有较小阻抗值和极化现象,增强了电极与电解液的相容性,使电解液更容易浸入电极结构中,所组装的电池的过充安全性能得以提高,并且采用6FAPB/DDS-BTDA粘结剂制备的电极在0.5 C的电流密度下充放电100次后,放电比容量依旧有134.1 mAh g~(-1),容量保持率为94.11%,同时提高了磷酸铁锂电极的倍率性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912
【图文】：

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图 1-1 4 种典型的锂离子电池结构[1]Figure 1-1 The structures of four typical lithium ion battery[1]Bs 主要是通过由含有锂插层化合物制成的电极来储存电能，在充放电过充过电解质在正、负极之间穿梭，同时在电极上还会进行氧化还原反应，如。锂离子技术最初是从 Goodenough 发现的插层化合物开始，并且一直沿用、低电势锂插层碳质材料的发现使得 Sony 公司在 1991 年最终实现了碳LixC6/Li1-xCoO2）型号电池的商业化。LIBs 是通过摇椅式来回往复来实现因此也被称为“摇椅式电池”。

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图 1-1 4 种典型的锂离子电池结构[1]Figure 1-1 The structures of four typical lithium ion battery[1]LIBs 主要是通过由含有锂插层化合物制成的电极来储存电能，在充放电过充中，锂离子通过电解质在正、负极之间穿梭，同时在电极上还会进行氧化还原反应，如图 1-2所示[2]。锂离子技术最初是从 Goodenough 发现的插层化合物开始，并且一直沿用至今。高可逆、低电势锂插层碳质材料的发现使得 Sony 公司在 1991 年最终实现了碳化锂/钴酸锂（LixC6/Li1-xCoO2）型号电池的商业化。LIBs 是通过摇椅式来回往复来实现能量储存的，因此也被称为“摇椅式电池”。

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