● 摘要
近十年来，有机硫化物正极材料以其高能量密度、低价格、环境友好、分子结构可设计等优点，一直被研究人员所关注。但同时存在正极放电产物易于溶解在电解液中，造成正极塌陷，循环性能降低的不足。本论文针对有机硫化物正极材料的缺点，根据“主链导电，侧链储能”的结构设计思路，合成了新型锂电池正极材料多硫代聚苯胺。该材料以导电高分子聚苯胺为主链，可以发生氧化还原的多硫链以侧链形式连接在主链上。这种结构既能改善正极材料的导电性，提高利用率，又可将部分硫固定在正极区，减小因多硫离子溶解而带来的电池性能下降，为高比能二次锂电池的研究拓展了新的思路。首先通过先氯代、后硫代的两步法以聚苯胺为原料制备了电极活性物质，并采用红外光谱、拉曼光谱、元素分析等多种测试手段对产物进行了表征，结果表明用上述方法得到了目标产物多硫代聚苯胺。以合成的多硫代聚苯胺作为正极活性物质组装模拟电池，考察了不同充放电电流密度和环境温度下电池的放电性能和循环性能，指出硫化锂钝化膜的沉积、自放电和活性物质的团聚是电池容量衰减和充放电效率低的主要原因，并对锂/多硫代聚苯胺电池体系的自放电率进行了研究。研究了添加剂、集流体、粘合剂和电解液对电池电化学性能的影响。结果表明集流体对活性物质的电化学性能影响显著，使用铝和镍集流体的多硫代聚苯胺电极表现出了较好的电化学性能，而铜集流体与多硫代聚苯胺发生了反应，使电池的性能变差；正极材料中添加碳纳米管能够明显改善电池的放电性能和循环性能。电解液的研究表明，溶剂组分和导电盐对多硫代聚苯胺电极的电化学性能具有一定的影响，多硫代聚苯胺电极在1M LiN(CF3SO2)2/LiClO4+DOL:DME(1:1)的电解液中具有较好的放电性能和循环性能。低电压放电平台的电压和电解液的粘度密切相关，电解液配比中加入低粘度的溶剂有利于提高活性物质的利用率。粘合剂研究表明，使用LA132粘合剂的电池的放电容量、电压平台和循环性能都明显高于使用另外两种粘合剂的电池，使用PVDF粘合剂的电池的性能最差。