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《中南大学》 2004年
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锂二次电池聚合物正极材料的合成与性能研究

邓凌峰  
【摘要】:本文详细地评述了锂离子电池及其正极材料的研究进展,合成出了电化学性能良好的自由基聚合物PTMA、硫化物DMcT和导电聚合物PAn以及它们的复合材料,通过各种电化学研究方法与现代分析技术相结合,对PTMA、DMcT和PAn及其复合材料的结构与物理特性、电化学性能等进行了研究。 研究了反应条件对MIMP合成的影响,提出了以金属铜作为阻聚剂,金属钠作为催化剂制备MTMP的新方法,该方法既提高了MTMP的产率又便于MTMP的纯化,而且有利于MTMP的聚合反应。研究了单体浓度、引发剂用量、溶剂、反应时间、反应温度和反应气氛等对MTMP自由基聚合的影响,得到了比较好的自由基聚合方法,并提出了PMTMP均相催化氧化反应可能的反应机理。 研究了PTMA的电化学性能。循环伏安曲线显示PTMA的氧化还原峰电位差为63mV,交流阻抗结果表明PTMA的电化学阻抗为19.5Ω。充放电实验结果表明PTMA的最大放电比容量为78.4 mAh·g~(-1)(以0.2C充放电),它的充放电曲线分别在3.65V和3.56V处有一个很平稳的平台,100次循环之后,容量只衰减了4.8%;以10C的充电速度6分钟能充满电池容量的85.5%。以碳作为负极时,PTMA扣式电池的电化学性能也比较好。这些结果表明PTMA具有良好的氧化还原可逆性、循环稳定性和大电流放电性能,是一种非常有发展前景的有机聚合物锂二次电池正极材料。采用线性极化法测得PTMA粉末微电极在完全充满、放电50%和完全放电时的交换电流密度分别为9.20mA·cm~(-2)、7.15 mA·cm~(-2)和1.02 mA·Gm~(-2)。 研究了掺杂对P1MA电化学性能的影响。掺单质硫、DMcT、PAn和DMcT-PAn之后,PTMA的充放电比容量增加,但循环寿命显著地减少。不同质量比LiMn_2O_4式V_2O_5掺杂PTMA的结果表明:PTMA与LiMn_2O_4质量比为0.5:1时,PTMA/LiMn_2O_4复合材料的首次放电比容量为110.5 mAh·g~(-1)(以0.2C充放电),1C充放电,50次循环之后,比容量由106.3 mAh·g~(-1)减少到96.1 mAh·g~(-1),容量衰减了9.6%;PTMA与V_2O_5质量比为0.75:1时,PTMA/V_2O_5复合材料的放电比容量为188.9 mAh·g~(-1)(以0.2C充放电),经50次循环后,比容量衰减了10.8%。而PTMA/V_2O_5-PAn (PTMA、V_2O_5和rAn质量比为0.75:1:0.25)复合材料的最大放电比容量为220.3 mAh·g~(-1)(以0.2C充放电),50次循环之后,比容量只衰减了5.2%。因此,PTMA/LiMn_2O_4、PTMA/V_2O_5和PTMA/V_2O_5-PAn复合材料是三种电化学性能比较优良的锂二次电池有机—无机复合正极材料。 研究了反应条件XCDMcT合成的影响,得到了比较好的合成方法,与文献上的其它方法相比,碱和酸的消耗大大降低,产率提高。DMcT的循环伏安曲线中氧化还原
【学位授予单位】:

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