聚苯胺复合材料的制备及其在锂二次电池的应用

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1、硕士学位论文聚苯胺复合材料的制备及其在锂二次电池的应用PREPARATIONOFPOLYANILINECOMPOSITESANDAPPLICATIONINLITHIUMSECONDARYBATTERY王成云哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TQ152学校代码：10213国际图书分类号：540密级：公开理学硕士学位论文聚苯胺复合材料的制备及其在锂二次电池的应用硕士研究生：王成云导师：韩家军教授申请学位：理学硕士学科：海洋科学所在单位：海洋科学与技术学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ152U.D.C:540Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinSciencePREPARATIONOFPOLYANILINECOMPOSITESANDAPPLICATIONINLITHIUMSECONDARYBATTERYCandidate：WangChengyunSupervisor：Prof.HanJiajunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MarineScienceAffiliation：SchoolofMarineScienceandTechnologyDateofDefence：June,2015De

3、gree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要聚苯胺由于具有合成简单、成本低廉、环境友好、优异的电化学性能等优点，在锂二次电池中的应用备受关注。但纯聚苯胺做电池的正极材料，容量衰减快、功率密度低等问题是限制其发展的重要因素。因此，制备聚苯胺复合材料成了近几年的研究热点。本文对聚苯胺的合成工艺条件进行了优化，研究表明，苯胺浓度为0.7mol/L，n[(NH4)2SO4]/n(An)=1.25，盐酸浓度为1.5mol/L时，聚苯胺有最高的产率、掺杂率、电导率和电池内阻，并确立了双氧化

4、剂体系（MnO2+APS）。根据上述最佳工艺制备出本征氧化态和本征还原态PANi/C复合材料。红外谱图显示本征还原态PANi的醌式结构吸收峰明显减弱，得到较好的还原。XRD、SEM测试表明PANi/C复合材料复合效果较为理想。以复合材料作为正极组装锂二次电池，阻抗谱测试表明PANi在电池中进行了掺杂，与纯PANi做正极相比有更低的电池内阻；本征氧化态和本征还原态在0.2C倍率首次放电容量分别为146.9mAh/g和170.9mAh/g，经过100次充放电循环后，电池容量仍然超过纯PANi的首次放电容量73.7mAh/g，库伦效率维持在98%以上；在5C倍率首次放电容量分别为1

5、15.6mAh/g和143.2mA/g，100次充放电循环后仅衰减23.4%和11.0%，具有良好的循环寿命和倍率性能。提出了五种复合方法制备出PANi/RGO复合材料。PANi与GO共还原和还原态PANi与GO反应这两种方法，在红外谱图中GO的含氧官能团和PANi的醌式结构吸收峰明显减弱或消失，GO和PANi得到较好的还原；与其它复合方法相比，这两种复合方法的XRD和SEM测试表明有更高的结晶度，复合效果更为理想。以这五种方法制备的复合材料作为正极组装锂二次电池，通过阻抗谱和tafel测试表明，PANi与GO共还原和还原态PANi与GO反应这两种制备方法的电池内阻最小，电极

6、反应的可逆性更好；在0.2C倍率首次放电容量分别达到162.5mAh/g和190.6mAh/g，经过100个充放电循环后，电池容量仍远超纯PANi的首次放电容量，且库伦效率能保持在98%以上；通过5C倍率充放电测试表明，首次放电容量分别为127.8mAh/g和143.2mA/g，经过100个充放电循环后，电池容量仅衰减11%和16%，表明这两种方法制备的PANi/RGO复合材料具有优异的循环寿命和倍率性能。关键词：复合材料；聚苯胺；活性炭；石墨烯；锂二次电池-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractPolyanilinehasbeenattractedattenti

7、onwidelyusedinlithiumsecondarybatteriesbecauseofitsuniqueadvantagessuchaseasysynthesis,lowcost,environmentallyfriendlyandexcellentelectrochemicalproperties.Butthecapacityofbatterywhichpurepolyanilineusedasthecathodewasdacayrapidly,andpowerdensitywastoolo