水系锂离子电池醌类聚合物负极的制备及性能研究

发布时间：2018-01-15 05:22

  本文关键词：水系锂离子电池醌类聚合物负极的制备及性能研究　出处：《北京化工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：传统锂离子电池使用有机电解液,仍有成本高、制备条件苛刻、安全性低等缺点。然而,采用无机锂盐溶液的水系锂离子电池则更加环保安全、价格低、易于制取。特别是,水溶液中的离子电导率远高于有机电解质。因此,水系锂离子电池被视为具有开发潜能的新型绿色化学能源。然而,受到水溶液电化学窗口的限制,可选择的正、负极材料有限。其中,负极材料在水溶液中结构不稳定,放电比容量低、循环稳定性较差,极大限制了水系锂离子电池性能的提高。不同于传统无机材料,有机聚合物材料具有理论比容量高、结构可设计、绿色合成,能循环利用等特点,有望成为新型储能材料的发展方向。其中,基于共轭羰基的小分子醌类物质显现良好的电化学可逆性,能通过聚合的方式来提高材料稳定性,获得更好的电化学性能。关于有机醌类聚合物正极材料的研究日益增多,但作为负极材料应用在水系锂离子电池中却鲜有报道。本文合成了硫代聚苯醌和聚2,5-二羟基对苯醌两种有机醌类聚合物,并研究了其作为水系锂离子电池负极的电化学性能与结构的关联。利用红外光谱法、核磁共振、元素分析等表征技术来探究聚合过程；结合扫描电子显微镜来观察颗粒尺寸大小、表面形貌、分布均匀度；借助循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学检测手段来研究材料充放电过程中的性能差异。(1)以四氯苯醌单体为原料,采用硫化聚合的方法,制备了聚硫代苯醌(PBQS)材料。实验探究了在S和Na2S不同摩尔比条件下,生成的聚合物结构差异及电化学性能的优劣。结果表明：当S和Na2S摩尔比为0.4：1时,形成两个氯原子被硫取代的PBQS-0.4稳定结构,显现出良好的循环稳定性和优异的倍率性能。PBQS-0.4电极在100 mA/g、1000mA/g倍率下的初始放电比容量分别为142.3 mAh/g、120.4 mAh/g;当电流密度重新回到100 mA/g时,放电比容量仍能达到140 mAh/g左右。200 mA/g电流密度下,初始放电比容量为138.4 mAh/g,PBQS-04电极经200个循环周期,库伦效率始终维系在95%以上,容量保持率为86.6%。(2)以2,5-二羟基对苯醌为单体,通过简单的缩醛反应,成功制备出聚2,5-二羟基对苯醌(PDBM)材料。考察了不同反应温度和球磨时间下制备的PDBM电极电化学性能。结果表明,反应温度为30℃、球磨时间为5h时所制备的PDBM电极材料放电比容量更高,循环稳定性良好。100 mA/g充放,PDBM电极首次放电比容量为85.0 mAh/g,50次循环后,容量保持率为87.6%。交流阻抗数据显示,球磨5h时PDBM电极阻抗值最小。由于样品颗粒粒度降低,扩散电阻减小,增强电极反应活性,从而提高材料的电化学性能。但是随着循环次数的增加,阻抗略有增大,这可能缘于有机聚合物材料本身的不稳定、少量溶解,实际上增加了电极的极化,放电比容量会逐渐降低。
[Abstract]:An organic electrolyte is used for lithium ion batteries , which has the disadvantages of high cost , harsh preparation conditions , low safety and the like . However , the ionic conductivity in aqueous solution is much higher than that of organic electrolyte . The results show that when the molar ratio of S and Na2S is 0.4 鈭，

本文编号：1426975