论文部分内容阅读
聚苯胺(PANI)作为目前应用最广的导电聚合物,具有成本低廉,环境友好以及良好的氧化还原可逆性等优点。但是纯聚苯胺因其较差的共轭能力自身团聚严重,极大地影响了它的电化学性能;磷酸铁锂(LiFePO4)作为目前最受欢迎的锂电池正极材料,具有安全性高、环境友好、物料来源广的优点,但其电导率低、锂离子扩散性差限制了它的性能。基于此,本文以活性炭(AC)和碳纳米管(CNTs)为模板合成PANI/AC以及PANI/AC/CNTs复合材料,改善聚苯胺的电化学性能;以聚苯胺改性LiFePO4生成LiFePO4/PANI复合材料,探究聚苯胺对LiFePO4材料性能的影响。首先,以不同含量的活性炭作为模板,制备出PANI/AC复合材料,并对其进行一系列状态处理,得到不同状态的复合材料。通过研究配置出最佳的电解液,电解液成分为锂离子浓度1.6 mol/L的EC:DEC电解液。物理表征表明还原态复合材料有更高的结晶度、更好的形态学结构与更高的比表面积。CV和EIS测试表明还原态PANI/AC(5%)复合材料有最好的电化学性能,电池充放电测试也证明这一点,在0.2C倍率下放电比容量达到了 154.5mAh/g,100次循环后容量保持率为91%。其次,在PANI/AC复合材料的基础上再加入CNTs,利用AC和CNTs双重改性聚苯胺,控制CNTs的含量,制备出不同的PANI/AC/CNTs复合材料,对碳纳米管功能化(羧酸化和苯磺酸化)处理,并合成功能化的PANI/AC/CNTs复合材料。FE-SEM和TEM表明CNTs为5%时有相对最好的形貌特征。红外和XRD表明复合材料CNTs用量不同,特征峰强度不同。CV和EIS结果表明CNTs为5%时复合材料可逆性和容量性能相对最好,电池导电性最佳。在0.2C电流密度下,5%CNTs复合材料比容量达到160mAh/g,100次循环容量几乎不变;功能化复合材料有更高的比容量,苯磺酸化PANI/AC/CNTs复合材料0.2C时放电容量可达165 mAh/g,100次循环仅衰减5%。将聚苯胺在LiFePO4表面原位生成,生成LiFePO4/PANI复合材料,并对其进行脱掺杂与还原等处理,得到不同状态的复合材料;将不同状态聚苯胺按不同比例与LiFePO4机械复合生成复合材料。物理表征表明原位生成的材料中,聚苯胺的加入在一定程度上改变了 LiFePO4的官能团、结晶度以及表面结构,机械混合材料并未发生变化。其中氧化态LiFePO4/PANI(10%)复合材料综合性能最好,0.2C电流密度下放电比容量可达158 mAh/g,100次循环容量保持率98%,盐酸掺杂LiFePO4/PANI(5%)复合材料有最好的倍率性能,0.5C时也有114.6 mAh/g的容量。最后,对所制备的材料进行市场分析,与其它正极材料相比,聚苯胺复合材料具有成本低、污染小、工艺简单等优点,具有广阔的发展空间。