聚吡咯基正极复合材料制备及钠电性能研究

• 作 者: 廖启书
• 出 处: 昆明理工大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 聚吡咯正极材料 对甲基苯磺酸钠 乳酸 电化学法 钠离子电池

由于钠资源廉价易得同时具有与锂相似的理化性质,钠离子电池逐渐成为二次电池的新宠。然而,无法忽视的是钠离子的半径相对较大,不能完全套用现有锂离子电池的电极材料及技术。因此,寻求可匹配在钠离子电池中的电极材料是十分重要的。导电聚合物聚吡咯(PPy)具有拉伸强度大、低毒和结构稳定性好等诸多优点。尤其是柔韧的聚合物分子长链为钠离子的脱嵌提供了较为宽松弹性的路径。但是其本征的电导率相对较低,掺杂后可大幅度提高PPy的电导率。通过电化学法制备的PPy,无需添加粘结剂,工艺简单。鉴于此,本论文采用电化学法制备的对甲基苯磺酸钠(Ts ONa)单掺杂的PPy和TsONa与乳酸(LA)共掺杂的PPy,并将其用作钠离子电池的正极材料,测试其电化学性能,主要内容如下:(1)通过计时安培法制备了Ts ONa单掺杂的PPy正极材料,并以钠箔为对电极/参比电极,组装成钠离子电池测试其电化学性能。利用SEM,EDX,XPS,XRD,FTIR、恒流充/放电、循环伏安以及交流阻抗等测试方法研究了其微观形貌、结构及电化学储钠性能;结果表明,成功制备得到TsONa单掺杂的PPy正极材料,其微观形貌为菜花状微粒结构。同时,作为钠离子电池正极材料时,即使在循环50圈后的可逆放电比容量仍可保持98mAh/g,这主要归因于PPy正极材料的高储钠活性及Ts ONa掺杂而引发的电导率改善。(2)通过计时安培法制备了TsONa/LA共掺杂的PPy正极材料,并组装成钠离子电池测试其电化学储钠性能。利用SEM、FTIR测试方法研究其微观形貌和结构。结果表明,Ts ONa和LA均成功地掺杂进入到PPy分子链中,所制备样品的形貌为椭圆形嫩芽状的颗粒。通过恒流充/放电、循环伏安等测试方法研究了Ts ONa/LA共掺杂的PPy正极材料的电化学性能和反应机理。结果表明,相比于Ts ONa单掺杂的PPy正极材料,TsONa/LA共掺杂的PPy具有更好的电化学性能。例如,在循环50圈后,TsONa/LA共掺杂的PPy的放电比容量可保持在116mAh/g左右。这主要归功于LA具有良好的储钠活性和掺杂的TsONa和LA的协同效应影响。