聚苯胺的制备以及在锂离子电池正极材料中的应用

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyili164958807
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聚苯胺(PANI)作为当前最具发展潜力的导电高分子之一,具有环境友好,成本低廉,高理论比容量,氧化还原可逆等优点,在锂离子电池正极材料中既可以充当导电剂又可以当成活性物质,具有广阔的发展前景。但是纯的聚苯胺容易发生团聚,其综合性能往往不能完全利用。为了充分发挥聚苯胺材料的性能,本文采用吸附双氧化剂法制备出不同状态的聚苯胺,探究聚苯胺状态和性能的关系。然后将不同状态的聚苯胺与LiFePO4材料进行复合,得到LiFePO4/PANI复合材料,用不同状态的聚苯胺对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料进行复合改性处理,得到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/PANI复合材料,探讨了PANI对传统锂离子电池正极材料性能的影响及PANI自身性能的发挥。首先,采用吸附双氧化剂法制备出四种不同状态的聚苯胺,分别为掺杂盐酸的聚苯胺(y-PANI)、本征态聚苯胺(PANI)、还原态聚苯胺(r-PANI)和掺杂高氯酸的聚苯胺(d-PANI)。物理和电化学方面的性能分析表明,在以上四种聚苯胺中r-PANI具有最好的空间结构,比表面积较大,结构最为规整,具有最大的放电比容量为124 mAh/g(0.1 C)。经过掺杂的d-PANI的导电性和循环性能良好,电导率为7.5 S/cm,0.1 C条件下,循环50次,容量保持率达96.2%。然后,将不同状态的聚苯胺(PANI、r-PANI和d-PANI)按照不同比例(5%、10%、15%)与LiFePO4材料进行复合得到一系列LiFePO4/PANI复合材料。物理化学性能分析表明聚苯胺的加入并未改变LiFePO4材料的结构,聚苯胺自身的状态也未发生改变。其中,LiFePO4/r-PANI复合材料综合性能最好,条棒状的r-PANI在LiFePO4材料周围形成稳定的空间网络结构。LiFePO4/r-PANI复合材料的充放电比容量高于纯的LiFePO4材料,0.2 C条件下的含量在5%、10%时放出接近150 mAh/g的电量,且经过100次循环后容量保持率在96%,在5 C条件下依然能放出98 mAh/g的容量。将不同状态的聚苯胺(PANI、r-PANI和d-PANI)按照不同的比例(3%、6%、9%)与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料复合,得到一系列LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/PANI复合正极材料。物理化学性能表明聚苯胺的加入并未改变LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料的结构,聚苯胺自身的状态也未发生改变。随着聚苯胺加入量增加,LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/PANI复合材料的比容量略有下降,但是其循环倍率性能明显优于纯LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料。在复合材料中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/r-PANI材料形貌结构最好,循环和倍率性能也较其它复合材料好。最后,对聚苯胺在锂离子电池正极材料中的应用进行了市场经济分析。与其它正极材料相比,聚苯胺锂离子电池以及聚苯胺/锂电正极复合材料成本低廉、工艺简单、对环境污染小等优点,在锂二次电池领域中具有巨大的发展优势。
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