本文關(guān)鍵詞：聚苯胺的改性及其在鋰電池中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚苯胺(PANi)不僅擁有良好的氧化還原可逆性,而且環(huán)境友好,適合作為鋰電池的正極材料使用,但是其比容量較低。本文通過(guò)復(fù)合改性和二次摻雜改性的方法改善了PANi電化學(xué)性能。首先,本文通過(guò)原位聚合法在功能化的碳納米管(CNTs)上包覆聚苯胺,制備出了氧化態(tài)的PANi/CNTs復(fù)合材料。研究表明,當(dāng)CNTs和PANi的質(zhì)量比為1:10時(shí),電化學(xué)性能最好。通過(guò)紅外光譜可知在CNTs上成功的進(jìn)行了功能化(羧酸化、氨基化和苯磺酸化),并且聚合上了PANi。通過(guò)SEM和TEM測(cè)試可知,氧化態(tài)的復(fù)合材料形成很好的核-殼層結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明PANi/CNTs復(fù)合材料有更好的結(jié)晶度。阻抗分析(EIS)測(cè)試表明PANi/CNTs復(fù)合材料有更小的電荷傳遞電阻,其中在羧酸化的CNTs上進(jìn)行包覆PANi(PANi/c-CNTs)的復(fù)合材料具有最小的電荷傳遞電阻。在0.2 C的倍率下,PANi/c-CNTs復(fù)合材料的首次放電比容量最大,達(dá)到了135.1 m Ah/g,庫(kù)侖效率在95%以上,在100個(gè)循環(huán)后容量為118.8 m Ah/g,然而純PANi的首次比容量?jī)H為74.8 m Ah/g。本文還將最佳比例的氧化態(tài)復(fù)合材料進(jìn)行還原獲得還原態(tài)的復(fù)合材料。還原態(tài)的材料中C=N的結(jié)構(gòu)明顯減弱,說(shuō)明得到很好的還原。還原態(tài)的材料比氧化態(tài)的材料具有更好的結(jié)晶度、更小的電化學(xué)阻抗和更高的放電比容量。PANi/c-CNTs復(fù)合材料首次放電比容量最高,達(dá)到了181.8 m Ah/g,庫(kù)侖效率在95%以上,在100個(gè)循環(huán)后容量為139.4 m Ah/g,并且PANi/c-CNTs復(fù)合材料也具有最好的倍率性能。此外,循環(huán)伏安(CV)測(cè)試表明PANi/c-CNTs復(fù)合材料具有最大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。因此,對(duì)CNTs進(jìn)行羧酸化處理和復(fù)合材料進(jìn)行還原效果最好。對(duì)上述本征氧化態(tài)的材料進(jìn)行二次摻雜和脫摻雜,得到改性的本征氧化態(tài)的材料。改性的材料具有更低的阻抗和更好的結(jié)晶度。CV測(cè)試表明改性的材料具有更好的氧化還原可逆性。Tafel測(cè)試說(shuō)明改性后的電極材料有更高的交換電流密度,具有更好的電池反應(yīng)可逆性。紫外可見(jiàn)吸收光譜表明改性后的材料共軛結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng)。在0.2 C倍率下,改性的PANi/c-CNTs復(fù)合材料和純PANi首次放電比容量為152.1 m Ah/g和97 m Ah/g,均比未改性的材料的比容量高,庫(kù)侖效率在97%以上。最后對(duì)得到的材料的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了分析,與其它的鋰電池正極材料相比,改性聚苯胺具有生產(chǎn)成本低和環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：鋰電池 聚苯胺 復(fù)合材料 碳納米管 二次摻雜
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 聚苯胺的研究發(fā)展11-19
• 1.2.1 聚苯胺的性質(zhì)11-14
• 1.2.2 聚苯胺的二次摻雜14-15
• 1.2.3 聚苯胺的合成15-17
• 1.2.4 聚苯胺的應(yīng)用17-19
• 1.3 聚苯胺復(fù)合材料19-20
• 1.3.1 聚苯胺/金屬?gòu)?fù)合材料19-20
• 1.3.2 聚苯胺/非金屬?gòu)?fù)合材料20
• 1.4 鋰-聚苯胺二次電池20-22
• 1.4.1 鋰-聚苯胺電池機(jī)制20-21
• 1.4.2 聚苯胺在鋰二次電池中的應(yīng)用21-22
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容22-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原料與測(cè)試方法24-30
• 2.1 試驗(yàn)藥品及儀器24-25
• 2.1.1 試驗(yàn)藥品24-25
• 2.1.2 試驗(yàn)儀器25
• 2.2 電極的制備和電池的組裝25-26
• 2.3 材料表征及測(cè)試方法26-30
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡26
• 2.3.2 X射線衍射分析26
• 2.3.3 紅外光譜26-27
• 2.3.4 紫外可見(jiàn)吸收光譜27
• 2.3.5 拉曼光譜27
• 2.3.6 四探針電阻率測(cè)試27
• 2.3.7 塔菲爾測(cè)試27-28
• 2.3.8 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試28
• 2.3.9 循環(huán)伏安測(cè)試28
• 2.3.10 電池充放電測(cè)試28-30
• 第3章 聚苯胺的碳納米管復(fù)合改性30-52
• 3.1 引言30
• 3.2 碳納米管的功能化30-31
• 3.3 PANi/CNTS復(fù)合材料的制備31-32
• 3.4 PANi/CNTS復(fù)合材料的表征32-40
• 3.4.1 紅外光譜測(cè)試32-34
• 3.4.2 Raman測(cè)試34-35
• 3.4.3 XRD測(cè)試35-37
• 3.4.4 TEM測(cè)試37
• 3.4.5 SEM測(cè)試37-40
• 3.5 在鋰電池中PANi/CNTS復(fù)合材料的應(yīng)用研究40-51
• 3.5.1 鋰-聚苯胺電池充放電測(cè)試40-45
• 3.5.2 鋰-聚苯胺循環(huán)伏安測(cè)試45-48
• 3.5.3 鋰-聚苯胺電池的Tafel測(cè)試48-49
• 3.5.4 鋰-聚苯胺電池的EIS測(cè)試49-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 聚苯胺的二次摻雜改性52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 PANi的二次摻雜和脫摻雜52-53
• 4.3 PANi的表征53-56
• 4.3.1 電導(dǎo)率測(cè)試53-54
• 4.3.2 XRD測(cè)試54-55
• 4.3.3 UV-vis光譜測(cè)試55-56
• 4.3.4 SEM測(cè)試56
• 4.4 在鋰電池中改性的PANi的應(yīng)用研究56-61
• 4.4.1 鋰-聚苯胺電池的充放電測(cè)試56-58
• 4.4.2 鋰-聚苯胺電池的CV測(cè)試58-59
• 4.4.3 鋰-聚苯胺電池的Tafel測(cè)試59-60
• 4.4.4 鋰-聚苯胺電池的EIS測(cè)試60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)分析62-68
• 5.1 引言62
• 5.2 二次電池概況62-63
• 5.3 鋰-聚苯胺電池的競(jìng)爭(zhēng)分析63-65
• 5.3.1 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)63-64
• 5.3.2 競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)64
• 5.3.3 成本分析64-65
• 5.4 市場(chǎng)應(yīng)求65-66
• 5.5 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)66
• 5.6 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 致謝78

  本文關(guān)鍵詞：聚苯胺的改性及其在鋰電池中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：426166