具有一维链状keggin结构多金属氧酸盐与聚苯胺的复合材料在锂硫电池中的应用

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael_CL
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锂硫电池由于其放电产物Li2S的不规则沉积和多硫化锂的穿梭效应导致了其较差的循环性能和库伦效率。针对此问题,本文采取在导电聚苯胺(PANI)合成质子化过程中,利用正电荷掺杂的聚苯胺分子链,阴离子作为电荷平衡离子嵌入聚苯胺层间的特性,选取具有一维链状Keggin结构的多金属氧酸盐(POM)阴离子作为电荷平衡离子嵌入聚苯胺层间,得到具有一维链状的PANI/POM复合结构材料。通过一维链状复合结构和POM上的异质掺杂原子针对上述两个主要问题对锂硫电池的充放电比容量和循环性能进行改善,分别作为S的宿主材料和锂硫电池隔膜改性材料,主要成果如下:(1)通过溶液法将聚苯胺和具有双层链状结构的K3[H3AgIPW11IVO39]·xH2O进行分子自组装,成功制备了具有一维链状结构的PANI-POM-PANI复合材料,以此作为S的宿主材料。通过恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗等表征可得出该复合结构对多硫化锂和Li2S有原位吸附作用,并且对Li2S的转变起到了一定的催化作用,使得充电过电势明显消失。在0.1 C下,首次放电比容量为1375mAh g-1,在0.1C 50次循环后,容量为首次充放电比容量的96.9%,库仑效率维持在95%,在1C下放电比容量为795 mAh g-1。(2)依照上述方法,成功将单层链状结构的[(CH43N]3.5H1.5[PW11O39Ca(H2O)2]·xH2O和[(CH43N]3.5H1.5[PW11O39Sr(H2O)2]·xH2O与PANI进行分子自组装,也成功了制备具有一维链状结构的PANI-POM-PANI的复合材料,以此作为S的宿主材料。通过恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗等表征可得出该复合结构对多硫化锂和Li2S有原位吸附作用,并且对Li2S的转变起到了一定的催化作用,充电过电势明显消失。在0.1 C下,两者作为宿主材料首次放电比容量分别为1501.51 mAh g-1和1438.17 mAh g-1。在0.1C 50次循环后容量分别衰减至90.41%和90.38%(主要损失为少量游离态的S),库仑效率分别维持在97%和96%,1 C电流下的放电比容量分别为1024.24 mAh g-1和935.85 mAh g-1。(3)将(1)、(2)所合成的一维链状结构的PANI-POM-PANI的复合材料用于锂硫电池隔膜涂敷改性,通过恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗谱等测试得出此复合结构具有对多硫化锂吸附的同时也保证对Li+快速的传导,S在此条件下可完成完整的放电过程。虽然在循环性能方面略有欠缺,但较高的S负载量也具有改善意义。
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