三苯胺类聚合物锂离子电池正极材料的研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengliufeng
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本论文工作以提高锂离子电池的能量密度为出发点,从提高锂离子电池的电压方面着手,对三苯胺类聚合物锂离子正极材料进行研究。在三苯胺(TPA)的对位上接上一系列具有不同电子效应的基团,探究了基团的电子效应对锂离子电池电压平台的影响规律。成功制备一系列含不同电子效应基团的三苯胺衍生物4-二苯胺基苯甲腈(TPA-CN)、4-二苯胺基甲苯(TPA-CH3)、4-二苯胺基甲氧基苯(TPA-OCH3)、2,4,6-三-三苯胺-1,3,5-均三嗪(TTPATZ)以及N,N-二苯基吡啶-4-胺(DPN)。并通过化学氧化法制备了相应功能单体的系列均聚物。研究了制备的三苯胺类聚合物作为锂离子电池正极材料的电化学性能和电池充放电性能。通过核磁共振波谱、低分辨质谱分析、红外光谱、紫外光谱和扫描电镜等表征手段对单体和聚合物的结构进行表征。聚合物作为锂离子电池正极材料的电化学性能是通过半电池法进行测试的。在三苯胺基本单元上引入吸电子基团提高了聚合物的氧化还原电位,显著提高了电池的充放电平台,从PTPAn的3.6V提高到了PTPA-CN的3.8V。经过50次循环后,PTPA-CN电极实际容量从初始的96.4 mAh g-1衰减到85.4 mAh·g-1,比容量衰减率为11.4%,表现出了较好的循环稳定性。聚2,4,6-三-三苯胺-1,3,5-均三嗪(PTTPATZ)电极的电压平台相对于聚三苯胺有一定的提高。在20 mA·g-1的充放电速率下,PTTPATZ的电压平台达到3.8V,高于聚三苯胺的3.6V。另外,在经过50次的循环后,其放电比容量损失率为7.8%,同时其仍然保持较好的放电平台。另外,该聚合物的比表面积达到了931.04 m2·g-1,其超大的比表面积将给聚合物电极反应提供足够大的接触面积。该电极突出的电池性能得益于均三嗪的强吸电子效应和较大的比表面积。聚N,N-二苯基吡啶-4-胺电极(PDPN)相比于聚三苯胺电极电压平台有了一定的提高。在20 mA·g-1的充放电速率下,PDPN电极的首次放电比容量达到了92.3mAh·g-1。经过50次循环后其实际容量从刚开始的92.3 mAh·g-1衰减到了78.2mAh·g-1,容量损失为15.1%。
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