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1、Vo.l28高等学校化学学报No.12007年1月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES109~112聚吡咯的合成与新型双离子电池性能研究1,211111谢海明,韩明娟,于海英,杨桂玲,褚莹,王荣顺(1.东北师范大学化学学院,长春130024;2.内蒙古民族大学化学学院,通辽028043)摘要用反相微乳聚合法制备了十二苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚吡咯纳米材料,DBSA既作为表面活性剂又作为掺杂剂,能够提高聚吡咯的导电性.用制备出的DBSAPPy为正极材料,石墨为负极材料组装双离子电池,测试结果表明,C/DB
2、SAPPy电池的电化学性能已达到传统锂离子电池的水平,这是因其具有较高的导电性和特殊掺杂结构的聚吡咯使其电化学性能得到优化.关键词双离子电池;DBSAPPy;石墨;锂离子电池中图分类号O646.21;TM911文献标识码A文章编号02510790(2007)01010904[1]目前,应用于锂离子电池的正极材料主要使用层状LiCoO2,由于钴资源严重缺乏,价格昂贵,且对环境污染严重,因此需要寻找一种能替代LiCoO2的正极材料.而LMin2O4的容量低及高温循环性能[2~6][7~9]差的缺点一直未能解决,LiNiO2的合成较困难,循环性能也
3、差.橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4)由于原料来源广泛、价格便宜、环境友好,用作正极材料时具有热稳定好、比能量高等优[10~12]点,但其存在振实密度低,低温性能差等弱点.因而开发高性能、低成本的正极材料成为锂离子[13]电池进一步发展和大规模应用的关键.Panero等报道了用聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)及其衍生物等低成本的杂环聚合物作阴极材料研制出新型的锂离子电池.其实用样品电池的实验结果表明,C/PPy摇椅电池,即新型导电聚合物阴极锂离子电池是有希望商品化的二次电池,TammoBoinowitz[14]等也报道过对聚合物电极性能的研究.利用反胶束为体系合成DB
4、SAPPy至今尚未见报道.反胶束的液滴(droplet)或称水池(waterpool)是一种特殊的纳米空间,以此为反应场可以制备纳米微粒.本文使用此方法合成了DBSAPPy纳米粒子,并组装了双离子电池,进行了电化学测试.1实验部分1.1材料制备称取一定量的DBSA置于锥形瓶中,加入20mL异辛烷和已配制的2mol/L的过硫酸铵(APS)15mL,磁力搅拌05h,形成均一、透明的反胶束溶液A.另称取一定量的吡咯单体,加入3mL异辛烷和02mL异丙醇使之形成透明的均相体系B.将溶液B逐滴滴加到溶液A中,速度为0025mL/s,体系放出大量的热,用冰水冷却,保
5、持体系温度在0~3!.随着溶液B的滴入,溶液A逐渐由绿色变为灰色,最终变为黑色.继续反应一定时间后,加入5mL甲醇终止反应,抽滤,用甲醇、丙酮分别洗涤2次,并用大量蒸馏水洗涤,直到洗涤液pH值为7为止.于40!下真空干燥12h,即得到DBSAPPy.1.2组装电池以DBSAPPy为正极,以石墨为负极组装电池.正极极片按m(DBSAPPy)∀m(乙炔黑)∀m(聚四氟乙烯)=85∀10∀5混合,负极极片按m(石墨)∀m(乙炔黑)∀m(聚四氟乙烯)=90∀2∀8混合.隔膜为celgard2400聚丙烯多孔膜,10mol/LLiClO4的ECDMC电解液.在氩气手套
6、箱中组装电池(电解液必须2过量),用PCBT11032DB型电池程控仪进行恒流(02mA/cm)充放电循环测试,电压20~35V.收稿日期:20060413.基金项目:吉林省科技发展计划重大项目基金(批准号:20050415)资助.联系人简介:王荣顺(1934年出生),男,教授,博士生导师,主要从事量子化学和锂离子电池电极材料的研究.Emai:lwangrs@nenu.edu.cn110高等学校化学学报Vo.l282结果与讨论2.1最佳合成条件实验发现,当体系中n(APS)∀n(PPy)=1∀1时,电导率最大.图1为
7、电导率在不同温度,反应聚合12h条件下,当n(APS)/n(Py)为1时,改变n(DBSA)/n(Py)的比值,得到的聚吡咯材料的电导率.图1表明,当n(APS)/n(Py)固定为1时,PPy的电导率与n(DBSA)/n(Py)有关,当n(DBSA)/n(Py)由05逐渐增大时,PPy的导电率也逐渐增大,说明DBSA的掺杂程度逐渐增大;当n(DBSA)/n(Py)=2时,电导率达到最高值801S/cm.但当反应物中DBSA浓度继续增大时,导电率反而减小.此时n(DBSA)/n(Py)与PPy的电导率达到最大峰值,即Fig.
