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电压敏感性聚三苯胺修饰隔膜用于锂硫电池过充保护

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物理化学学报 2022年第6期38卷 138-146页

作者：张楠祥魏壮壮冯涛吴锋赵腾陈人杰北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250300 北京电动车辆协同创新中心北京100081

本文以三苯胺为原料,通过化学氧化法制备了具有电压敏感性的聚三苯胺(PTPAn)并将其成功应用到锂硫电池隔膜上。电导率测试结果表明,PTPAn/聚丙烯(PP)隔膜的离子电导率达1.56 mS·cm^(−1);循环伏安(CV)测试结果表明,PTPAn/PP隔膜在3.5–4... 详细信息

本文以三苯胺为原料,通过化学氧化法制备了具有电压敏感性的聚三苯胺(PTPAn)并将其成功应用到锂硫电池隔膜上。电导率测试结果表明,PTPAn/聚丙烯(PP)隔膜的离子电导率达1.56 mS·cm^(−1);循环伏安(CV)测试结果表明,PTPAn/PP隔膜在3.5–4.2 V内具有氧化还原峰。在0.1C倍率下,采用PTPAn/PP隔膜和空白PP隔膜的锂硫电池在经200周循环后,放电比容量分别为424.8和407.2 mAh·g^(−1),库伦效率分别为99.38%和98.59%,倍率测试表明(0.1C、0.2C、0.5C、1C),采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池在不同倍率下放电比容量均高于采用空白PP隔膜的锂硫电池。与此同时,对采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池进行过充实验,在第4周过充时,充电比容量为843.1 mAh·g^(−1),放电比容量为839.8 mAh·g^(−1);第10周过充时,充电比容量为690.2 mAh·g^(−1),放电比容量为669.2 mAh·g^(−1)。第16周过充时,电池的充电比容量为538.7 mAh·g^(−1),放电比容量为512.9 mAh·g^(−1)。倍率过充测试表明,经过不同倍率过充实验后,采用PTPAn/PP隔膜的锂硫电池仍能正常工作,在1C倍率下过充,电池电压稳定保持在3.9 V,充电比容量为349.8 mAh·g^(−1),放电比容量为328.7 mAh·g^(−1)。

关键词：聚三苯胺电压敏感锂硫电池过充保护安全性

基于钛酸锂负极和聚三苯胺正极的电池电容体系

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电化学 2018年第4期24卷 324-331页

作者：苏秀丽董晓丽刘瑶王永刚余爱水复旦大学化学系上海200438 上海电气集团股份有限公司中央研究院上海200070

由于高安全、高功率和超长循环寿命等优点,钛酸锂负极材料近年来得到了广泛关注,基于钛酸锂负极的高性能超级电池电容器和锂离子电池也成为近年来的研究热点.本文采用化学氧化法制备了有机物正极材料聚三苯胺,并通过经典的电化学测试方... 详细信息

由于高安全、高功率和超长循环寿命等优点,钛酸锂负极材料近年来得到了广泛关注,基于钛酸锂负极的高性能超级电池电容器和锂离子电池也成为近年来的研究热点.本文采用化学氧化法制备了有机物正极材料聚三苯胺,并通过经典的电化学测试方法研究了其储能机理及相应的电极动力学过程.研究结果表明,该有机物正极的储能机制主要是基于阴离子的吸脱附反应,并表现出85 m A·g-1的可逆容量,且其动力学过程不受扩散控制,属于典型的赝电容行为.将该正极与钛酸锂负极结合构成了新型的电池电容体系,并对其电化学性能进行了研究,结果表明该体系具有高功率特性,且能量密度高于传统的混合型超级电容器.此外,本文还对该有机物正极的不足和实际应用中所面临的挑战做了初步分析.

关键词：聚三苯胺钛酸锂混合型超级电容器锂离子电池

锂离子电池正极材料聚三苯胺的制备与性能研究

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世界有色金属 2018年第23期43卷 154-155页

作者：姜姗姗吕梁学院化学化工系山西吕梁033000

锂离子电池在当今社会发展中,是最高效的电化学能源储能方式。就聚三苯胺的制备和电化学性能进行研究,通过采用氧化聚合的方法合成所需的锂离子电池正极材料聚三苯胺。研究结果表明聚三苯胺作为锂离子电池正极材料其本身具有良好的电化... 详细信息

锂离子电池在当今社会发展中,是最高效的电化学能源储能方式。就聚三苯胺的制备和电化学性能进行研究,通过采用氧化聚合的方法合成所需的锂离子电池正极材料聚三苯胺。研究结果表明聚三苯胺作为锂离子电池正极材料其本身具有良好的电化学性能,并且还具备优秀的循环性。

关键词：锂离子电池聚三苯胺氧化聚合电化学性能

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锂离子电池正极材料聚三苯胺的合成及性能

电池工业 2010年第3期15卷 165-168页

作者：杨双磊邓凌峰陈洪魏银烨湖南工业大学包装与材料学院湖南株洲412008 中南林业科技大学材料工程学院湖南长沙410004

采用氧化聚合的方式合成了锂离子电池正极材料PTPAn。通过XRD、FT-IR、C-V、恒电流充放与循环寿命等测试研究了PTPAn的产物结构以及电化学性能。研究表明,PTPAn作为锂离子电池正极材料有着良好的电化学性能,首次放电容量达到101.34mAh/g... 详细信息

采用氧化聚合的方式合成了锂离子电池正极材料PTPAn。通过XRD、FT-IR、C-V、恒电流充放与循环寿命等测试研究了PTPAn的产物结构以及电化学性能。研究表明,PTPAn作为锂离子电池正极材料有着良好的电化学性能,首次放电容量达到101.34mAh/g,并且循环性能良好。

关键词：锂离子电池正极材料聚三苯胺电化学性能

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基于有机导电聚合物锂电池正极材料的研究

基于有机导电聚合物锂电池正极材料的研究

作者：何晖晖浙江工业大学

学位级别：硕士

本文从提高有机锂离子电池实际比容量入手,通过提高导电聚合物的掺杂率以及重复单元活性位点数,从而达到提高正极材料容量的目的。电化学氧化聚合法具有工艺简单可控,同时拥有电化学掺杂、高对离子掺杂率和原位成膜的优点,通过提高导电... 详细信息

本文从提高有机锂离子电池实际比容量入手,通过提高导电聚合物的掺杂率以及重复单元活性位点数,从而达到提高正极材料容量的目的。电化学氧化聚合法具有工艺简单可控,同时拥有电化学掺杂、高对离子掺杂率和原位成膜的优点,通过提高导电聚合物掺杂率和减少粘黏剂及导电剂的使用来提高材料的比容量。此外电聚合法可以一次成膜,从而减少粘黏剂及导电剂对电池的影响。聚合物重复单元的活性位点数直接影响理论比容量的大小。通过结构设计并合成具有多电子反应的活性单体,将其聚合成聚合物并研究其作为锂电池正极材料的电学性能。通过电化学原位聚合法制备得到聚吡咯/纳米碳复合电极材料,相对于聚吡咯的性能,有较大提高。在20 mA·g充放电速率下,聚合物PPy-CF电极的首次放电比容量为145 mAh·g,聚合物PPy-GO电极的为176.1 mAh·g,50次循环后,比容量损失率分别为29.5%和26.5%。倍率性能体现较好,在160 mA·g倍率下PPy-CF及PPy-GO的比容量分别是116.9 mAh·g及123.4 mAh·g。性能的提升得益于电化学聚合法提高了材料的掺杂率,碳材料的加入改变了材料的形貌提高了活性物质利用率。电化学氧化法成功制备了不同比例(Py,Py:Py-C-TEMPO=4:1,Py:Py-C-TEMPO=8:1)下的共聚物,相对于聚吡咯,其放电平台有了一定改善。在3.5 V和2.7 V附近分别显示出了两个电压下降放缓的趋势。Py:Py-C-TEMPO=4:1共聚物电极材料的比容量为70.9 mAh·g,而Py:Py-C-TEMPO=8:1共聚物电极在20 mA·g充放电速率下的首次放电比容量为62.6 mAh·g。性能的提高得益于Py-C-TEMPO的加入,及电化学法制备提高了材料的掺杂率。聚4,4′,4"-三(N,N-二苯基氨基)三苯基胺(PTDATA)电极,相对于聚三苯胺(PTPA)体现出了较好的放电比容量。在20 mA·g充放电速率下,首次放电比容量达到133.1 mAh·g,而且在3.8,3.4,3.2,2.5 V附近分别显示出了四个充放电电压平台,此外还具有较好的循环稳定性,在56循环后容量损失21.79%。这里性能的提高归因于PTDATA具有较高的自由基密度,具有较好的交联形貌。聚1,3,5-三(二苯基氨基)苯(PTDAB)电极相对于聚三苯胺(PTPA)电极体现出了较好的循环性能,在20 mA·g充放电速率下,首次放电比容量64.6mAh·g,56循环后容量损失为1.23%。由于聚合物团聚现象明显,导致比容量不高。聚合物分子结构的相似性使应有的三阶放电平台消失。

关键词：锂离子电池导电聚合物自由基聚吡咯聚三苯胺正极

LiFePO4锂离子电池正极材料的制备及表面改性研究

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LiFePO4锂离子电池正极材料的制备及表面改性研究

作者：黄启飞浙江工业大学

学位级别：硕士

采用水/乙醇共溶剂热法合成了 LiFeP04,并以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备碳表面包覆的C-LiFePO4材料,研究反应介质中不同水与乙醇比例对制备颗粒的形貌尺寸和电化学性能的影响。XRD分析结果表明,以不同比例的水和乙醇为反应介质,... 详细信息

采用水/乙醇共溶剂热法合成了 LiFeP04,并以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备碳表面包覆的C-LiFePO4材料,研究反应介质中不同水与乙醇比例对制备颗粒的形貌尺寸和电化学性能的影响。XRD分析结果表明,以不同比例的水和乙醇为反应介质,在高压反应釜中150℃条件下反应10 h,合成的LiFePO4为橄榄石结构,且随着反应介质中乙醇比例的增加,制备的LiFeP04材料020晶面优先生长,有利于材料内部锂离子迁移路径的缩短和材料电化学性能的改善;SEM和TEM测试表明,反应介质中乙醇比例增加,制备出的LiFePO4颗粒粒径减小;充放电性能测试结果表明,反应介质中乙醇含量为130 mL制备的C-LiFePO4(LFP-D)样品表现出最好的首次放电比容量和倍率性能,室温下,倍率为0.2C、0.5C、1 C、2C、5C和1OC时,LFP-D样品的首次放电比容量分别为150.6、143.6、133.8、121.4、99.5和78.2 mAh·g-1;交流阻抗分析表明,反应介质中乙醇比例越高,制备的C-LiFePO4材料的电荷转移电阻越小。采用溶剂热法合成了 LiFeP04,以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备碳表面包覆的C-LiFeP04材料。并通过溶液共混法制备出聚三苯胺(PTPAn)表面包覆修饰的C-LiFePO4复合正极材料(C-LiFePO4/PTPAn)。XRD测试表明,PTPAn的加入不会影响C-LiFeP04的晶型结构;SEM、TEM分析表明,在溶液中复合的方式可以有效的将PTPAn包覆在C-LiFePO4颗粒表面,且包覆效果良好;充放电测试结果显示,10%PTPAn包覆含量的C-LiFePO4/10%PTPAn复合正极材料具有最好的电化学性能,在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1C、2 C、5 C和10 C充放电倍率下,电极的放电比容量分别为154.5、147、143.1、139、136.7、125.4 和 114.2mAh.g-1;交流阻抗分析表明,PTPAn的加入明显减小C-LiFePO4/PTPAn复合材料电极电荷转移电阻,表明C-LiFePO4表面包覆PTPAn能够有效地增大电极材料颗粒与颗粒之间的电子电导率。采用微波辅助溶剂热技术合成了 LiFePO4,以蔗糖为碳源,通过高温热处理过程制备出碳表面包覆的C-LiFePO4材料。并通过溶液共混法将不同比例的高比容量导电含硫苯胺共聚物P(An-co-DTAn)分别与实验制备的C-LiFePO4复合制备出C-LiFePO4/P(An-co-DTAn)复合正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料的结构和形貌特点、用恒电流充放电法和电化学交流阻抗(EIS)对材料电极进行电池性能和电化学性能测试。结果表明:采用乙二醇作溶剂,在200℃条件下反应10 min合成的材料为橄榄石结构LiFePO4。C-LFP/P(An-co-DTAn)复合材料电极的电化学性能与P(An-co-DTAn)的包覆量有密切关系,适量的P(An-co-DTAn)包覆在C-LFP材料表面可以有效地改善材料的充放电比容量和倍率性能,过多的P(An-co-DTAn)包覆在C-LFP材料表面反而会降低材料的电化学性能。当P(An-co-DTAn)在复合材料中占5%时,得到的复合材料电极电化学性能最佳,0.1 C放电比容量为160.4 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为96.26%,10 C倍率性能达104.8 mAh.g-1,20 C倍率达到74.6 mAh.g-1。

关键词：正极材料 LiFePO4 水热法溶剂热法微波法聚三苯胺含硫苯胺共聚物复合材料

水系电解液的设计与优化及其在锌离子电池中的应用

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水系电解液的设计与优化及其在锌离子电池中的应用

作者：何焕泽深圳大学

学位级别：硕士

集低成本、绿色环保、安全性于一身的水系锌离子电池储能器件,在便携式电子器件和再生能源的储存的上具有广阔的应用前景。然而,锌离子电池储能器件的推广使用,依旧面临如下因素的束缚,如锌负极的枝晶快速生长、正极材料的溶解及穿梭效... 详细信息

集低成本、绿色环保、安全性于一身的水系锌离子电池储能器件,在便携式电子器件和再生能源的储存的上具有广阔的应用前景。然而,锌离子电池储能器件的推广使用,依旧面临如下因素的束缚,如锌负极的枝晶快速生长、正极材料的溶解及穿梭效应、电解液的不可逆副反应等。采用高浓度电解液可以有效的抑制锌负极枝晶的生长,同时可以降低正极材料的溶解程度,但是高浓度锌离子电解液一般采用双三氟甲烷磺酰亚胺盐,导致它的成本过高。本论文针对锌离子电解液中存在的问题,使用聚乙二醇调控高浓度的LiTFSI@Zn（TFSI）混合电解液,并应用于Zn/聚三苯胺电池中,降低了电解液中LiTFSI的浓度,从而降低电解液的成本。为了抑制锌负极枝晶的生长,同时抑制ZIBs正极材料的溶解和穿梭问题,设计可自分层的电解液,并分别应用于Zn/Li MnO和Zn/VO电池中。（1）以PEG作为电解液的添加剂,调控高浓度LiTFSI@Zn（TFSI）混合电解液的性能,对比了不同体积比例的PEG、不同浓度的LiTFSI对电解液性能的影响,最终优化得到10 m LiTFSI+1m Zn（TFSI）（PEG:30%）电解液,其在Zn/Cu不对称电极的测试中,循环时长超过1650h且保持稳定的可逆属性;库伦效率达到93.3%,远高于其余电解液的库伦效率。使用改良后的电解液对比了三苯胺和聚三苯胺作为锌离子电池正极的电化学性能差异,表明聚三苯胺具有更稳定的电化学性能。在Zn/聚三苯胺电池中,当电流密度为1 m A cm时,电池的放电容量为105 m Ah g;循环1000圈后依旧保持80 m Ah g的比容量。即使电流密度提高到5 m A cm时,Zn/聚三苯胺电池经过10000次循环后,容量的保持率依旧达到81.0%。（2）利用硫酸根离子促进水与乙腈溶液分层的原理,将水和乙腈作为溶剂,Zn SO·7HO、LiSO、LiTFSI作为溶质,配制后的电解液对比了不同添加量的LiTFSI的影响。最终设计出HO-乙腈自分层电解液,其在Zn/Cu不对称电极的测试中,库伦效率达到97.2%。为了进一步提高电池的容量,利用有机分子TEMPO易溶于乙腈的特性,将TEMPO溶于HO-乙腈自分层电解液中,参与电池的可逆循环。在Zn/Li MnO电池的测试中表现出优异的初始容量(在0.5 m A cm下可逆放电容量达到210 m Ah g)和杰出的容量保持率(在0.5 m A cm下循环50圈的容量保持率为81%)。通过在1 m V s的扫速测试中,具有三对氧化还原峰。（3）在HO-乙腈分层体系的基础上,设计出新的分层体系（HO-CHCl）,对比了不同添加量的LiTFSI对新的分层电解液的性能影响。利用有机分子PTZ易溶于CHCl的特性,将PTZ溶于HO-CHCl自分层电解液中,并将其应用于Zn/VO电池中,表现出优异的初始容量(在0.5 m A cm下可逆放电容量达到275 m Ah g)和杰出的容量保持率(在0.5 m A cm下循环100圈的容量保持率为98.8%)。即使电流密度达到5 m A cm时,可逆容量依旧保有120 m Ah g,故其具有良好的倍率性能。

关键词：水系锌离子电池电解液聚乙二醇聚三苯胺自分层电解液

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一种可以用于大功率电池的聚合物正极材料

一种可以用于大功率电池的聚合物正极材料

第二十七届全国化学与物理电源学术年会

作者：冯金奎曹余良艾新平杨汉西武汉大学化学与分子科学学院武汉大学化学与分子科学学院武汉大学化学与分子科学学院武汉大学化学与分子科学学院

＜正＞前言电动汽车等大功率应用需要提高锂离子电池的功率输出密度。目前常用嵌入型氧化物正极材料的锂离子扩散速率都比较小,很难实现高倍率充放电。虽然很多方法用来改进大电流能力,如合成纳米材料、包覆导电物质等,这些方法增加了... 详细信息

＜正＞前言电动汽车等大功率应用需要提高锂离子电池的功率输出密度。目前常用嵌入型氧化物正极材料的锂离子扩散速率都比较小,很难实现高倍率充放电。虽然很多方法用来改进大电流能力,如合成纳米材料、包覆导电物质等,这些方法增加了材料成本,同时也带来了很多负面影响,如容量衰减、循环性差等。导电聚合物作为锂离子电池电极材料具有循环性好、机械性能好、高的电导率等优点,一直以来是新型电极材料研究的热点。

关键词：锂离子电池正极材料聚三苯胺

来源： cnki会议评论

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一种具有过充保护作用的聚合物电压开关隔膜

一种具有过充保护作用的聚合物电压开关隔膜