具有导聚合物骨架结构的电活性功能聚合物的制备及其锂电池性能研究.doc

硕士学位论文 论文题目：具有导电聚合物骨架结构的电活性功能 材料的制备及其锂电池性能研究 CONDUCTING POLYMERS WITH ELECTRO-ACTIVE COUPLES FUNCTIONAL MATERAILS FOR LITHIUM ION BATTERIES: PREPARATION AND PROPERTIES 学科专业 应用化学 所在学院 化学工程与材料学院 提交日期 2013年4月 具有导电聚合物骨架结构的电活性功能聚合物的制备及其锂电池性能研究 摘 要 本论文工作通过在吡咯和苯胺单体上引入具有电化学活性的三苯胺及二茂铁，成功制备出了一系列新型的具有电化学活性的吡咯、苯胺衍生物单体：吡咯-二茂铁衍生物、吡咯-二联三苯胺衍生物及苯胺-二茂铁衍生物。并通过化学氧化法制备了相应功能单体的系列共（均）聚物：吡咯-二茂铁均聚物（PFcPy）、吡咯-二茂铁/吡咯共聚物（P(FcPy-co-Py)）、聚吡咯-二联三苯胺衍生物（PDPTPA）以及苯胺-二茂铁/苯胺共聚物（P(An-co-FcAn)）。研究了制备的具有导电骨架结构的电活性功能聚合物作为锂电池正极材料的电化学和电池充放电性能。 吡咯-二茂铁衍生物单体的均（共）聚物电极相比聚吡咯电极的比容量均有一定的提高。在20 mA·g-1的充放电速率下，PFcPy和P(FcPy-co-Py)电极的首次放电比容量分别为43.2和68.1 mAh·g-1，且在3.5V左右出现了不同程度的放电电压平台；50次循环后，其放电比容量损失率分别为10.5%和28.0%，同时其仍然保持较好的放电平台。该电极突出的电池性能得益于二茂铁基团优良的氧化还原可逆性和稳定性，聚吡咯自身较好的导电性以及形貌上的改善等。 吡咯-二联三苯胺衍生物单体的均聚物电极则展现了更高的放电比容量。在20 mA·g-1的充放电速率下，PDPTPA电极的首次放电比容量达到了113.1 mAh·g-1。其比容量的提高归功于三苯胺自身较高的比容量以及引入吡咯后整体结构的优化和颗粒形貌的改善，有效提高了活性物质的利用率。聚吡咯-二联三苯胺衍生物还展现出良好的快速充放电能力。在充放电速率从50 mA·g-1提高至500 mA·g-1后，其放电比容量依然保持在初始容量的76.5 %，且仍展现出平稳的电压平台。 苯胺-二茂铁衍生物单体和苯胺的共聚物电极与聚苯胺电极相比，放电比容量有了一定的提高。在20 mA·g-1的充放电速率下，P(An-co-FcAn)电极的首次放电比容量达到了107.7 mAh·g-1，同时其放电平台相比于聚苯胺电极更加稳定。另外接上二茂铁基团之后，电极的循环稳定性有了一定的提高，经过50次循环后，其放电比容量损失率为39%，同时放电平台依然存在。P(An-co-FcAn)电极首次放电比容量的提高得益于二茂铁环引入后提供了一定的比容量以及颗粒形貌的改善。 关键词：锂离子电池，正极材料，吡咯，二茂铁，三苯胺，聚合物，苯胺 CONDUCTING POLYMERS WITH ELECTRO-ACTIVE COUPLES FUNCTIONAL MATERAILS FOR LITHIUM ION BATTERIES: PREPARATION AND PROPERTIES ABSTRACT In this work, pyrrole and aniline were modified by introducing of two kinds of redox-active couples electro-active group (triphenylamine and ferrocene). A series of novel pyrrole and/or aniline derivatives were synthesized, including pyrrole-ferrocene (FcPy), pyrrole-triphenylamine derivative (DPTPA), and aniline-ferrocene derivative (FcAn). The corresponding homopolymers and copolymers (PFcPy, P(FcPy-co-Py), PDPTPA, P(An-co-FcAn)) of these pyrrole and aniline derivatives were prepared by chemical oxidative polymerization. The electrochemical properties and charge/discharge per