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硕士论文-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，共100页，40759字
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
构的电化学材料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，聚吡咯自身优良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-二茂铁衍生物单体与苯胺的共聚物电极相比聚苯胺电极放电
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

目录
摘 要 ... I
ABSTRACT ....... III
目录 ..... I
第一章 绪 论 .......1
1.1 引言..............1
1.2 锂离子电池简介 ............2
1.2.1 锂离子电池结构.....3
1.2.2 锂离子电池工作原理...............3
1.2.3 锂离子电池正极材料...............5
1.3 过渡金属氧化物 ............6
1.3.1 锂钴氧化物（LiCoO2） ..........6
1.3.2 锂锰氧化物（LiMn2O4） ........7
1.3.3 锂镍氧化物（LiNiO2） ...........8
1.3.4 钒系正极材料.........8
1.3.5 磷酸亚铁锂橄榄石型正极材料.................9
1.4 自由基型聚合物 ..........10
1.4.1 氮氧自由基聚合物.................10
1.4.2 三芳胺型聚合物...11
1.4.3 蒽醌类正极材料...12
1.5 有机含硫化合物 ..........12
1.5.1 有机二硫化物.......13
1.5.2 聚有机二硫化物...14
1.5.3 有机多硫化物.......14
1.5.4 聚硫代化物...........15
1.5.5 碳-硫聚合物 .........16
1.6 导电聚合物17
1.6.1 聚乙炔正极材料...18
1.6.2 聚噻吩正极材料...18
1.6.3 聚苯胺正极材料...19
1.6.4 聚吡咯正极材料...20
1.7 二茂铁在锂电池中的应用 ............20
1.8 选题的目的及意义 ......21
参考文献 ..........23
第二章 聚吡咯-二茂铁衍生物正极材料的合成及性能 .......... 33
2.1 引言............33
2.2.1 药品与试剂...........35
2.2.2 实验仪器 ..............35
2.2.3 FcPy 单体的合成 ..36
2.2.4 聚吡咯-二茂铁衍生物的合成 .................37
2.2.5 电极的制备及电池组装.........38
2.3 结果与讨论38
2.3.1 聚合物的结构表征.................38
2.3.2 聚合物电化学性能测试.........41
2.3.3 聚合物电池性能测试.............42
2.3.4 吡咯-二茂铁衍生物的电化学聚合 .........48
2.4 本章小结....50
参考文献 ..........51
第三章 聚吡咯-二联三苯胺衍生物正极材料的合成及性能 .. 53
3.1 引言............53
3.2 实验部分....54
3.2.1 药品与试剂...........54
3.2.2 实验仪器 ..............54
3.2.3 DPTPA 单体的合成 ................55
3.2.4 聚吡咯-二联三苯胺衍生物的合成 .........56
3.2.5 电极的制备及电池组装.........56
3.3 结果与讨论57
3.3.1 聚合物的结构表征.................57
3.3.2 聚合物电化学性能测试.........60
3.3.3 聚合物电池性能测试.............61
3.3.4 吡咯-二联三苯胺衍生物的电化学聚合 .65
3.4 本章小结....66
参考文献 ..........68
第四章 聚苯胺-二茂铁衍生物正极材料的合成及性能 .......... 70
4.1 引言............70
4.2 实验部分....71
4.2.1 药品与试剂...........71
4.2.2 实验仪器 ..............71
4.2.3 FcAn 单体的合成..72
4.2.4 聚苯胺-二茂铁衍生物的合成 .................73
4.2.5 电极的制备及电池组装.........73
4.3 结果与讨论74
4.3.1 聚合物的结构表征.................74
4.3.3 聚合物电池性能测试.............76
4.3.4 展望与建议...........78
4.4 本章小结....79
参考文献 ..........80
第五章 主要结论及创新点 . 82
5.1 主要结论....82
5.2 创新点........82
致 谢 . 83
攻读硕士学位期间取得的研究成果 ..... 84