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聚苯胺的形貌控制及其衍生碳材料的电性能研究

作　者: 都连苹
导　师: 宋怀河
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 化学氧化方法 电化学性能 形貌可控 聚苯胺基碳材料
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来，二次锂离子电池和超级电容器已经成为新时代经济高速发展和可持续发展不可缺少的一部分，众多的学者和研究人员也都致力于它们的正极材料以及负极材料的开发。本课题仅采用一种合成方法就成功地制备合成出来了形貌可控的适用于二次锂离子电池还有超级电容器的负极材料的炭前驱体。采用最简易的水、单体、氧化剂三种东西就合成了可控的不同尺寸的纳米纤维/纳米管状样品。通过调节改变单体所用量和氧化剂添加量，就得到了长度从大于5μm到800nm的聚苯胺样品，基本无团聚现象，直径在120-180nm之间。同样只用水、单体和过硫酸铵氧化剂也合成出来编制席样品及编制席组装球形样品。当加大苯胺的分散浓度，加大氧化剂对单体的比例，随着反应时间的延长，样品完成了从单片编制席到编制席组装球形样品的转变，球形直径4-6μm。随后，我们将水换成氨水溶液，改变下单体的量氧化剂的量，反应6个小时又能得到表面较光滑的球形样品，球形直径从几百纳米到3微米都有。我们将呈现不同形貌的样品进行预氧化的处理，再进行炭化的处理，其中炭化的处理选用了四个不同的温度。将得到的材料用作电极材料进行二次锂离子电池充放电测试，最好的样品即经700°C处理样品拥有最高的放电容量，小电流首次放电1143mAh/g,首次可逆容量620mAh/g，50次后还有515mAh/g，循环性能不错，衰减慢。在超级电容器中的应用，700°C处理样品在0.1A/g密度下，100次循环电量还有183F/g，大电流下2A/g还有150F/g。对这些样品进行了几种手段的测试研究，比较几种样品的充放电及别的性能，得到影响电性能的一些因素。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-38
  1.1 引言  14-16
  1.2 已有含氮碳材料的简介  16-18
    1.2.1 含氮的碳材料研究进展  16-17
    1.2.2 含氮碳材料的电化学研究与应用  17-18
  1.3 聚苯胺材料的的合成及应用研究的进展  18-26
    1.3.1 聚苯胺材料的合成方法  18-21
    1.3.2 聚苯胺的结构与导电机制  21-22
    1.3.3 聚苯胺的改性方法  22-25
    1.3.4 聚苯胺材料的应用  25-26
  1.4 二次锂离子电池的简介  26-30
    1.4.1 锂离子电池的发展历程及其工作原理  26-27
    1.4.2 锂离子电池的优缺点  27
    1.4.3 锂离子电池的负极材料简介  27-30
  1.5 超级电容器  30-34
    1.5.1 超级电容器的分类及导电机理  30-32
    1.5.2 超级电容器的电极材料  32-34
  1.6 选题的目的、意义及内容  34-38
    1.6.1 本课题的选题目的和意义  34-36
    1.6.2 实验方案  36-38
第二章 实验与测试  38-46
  2.1 实验原料与设备  38-39
    2.1.1 聚苯胺制备实验原料及试剂  38
    2.1.2 二次锂离子电池及三电极体系电容器所用的试剂及原料  38-39
    2.1.3 实验设备  39
  2.2 样品的制备  39-42
    2.2.1 纳米纤维/纳米管状和球形聚苯胺的合成  40-41
    2.2.2 将聚苯胺制备成含氮基碳材料  41-42
  2.3 锂离子电池和超级电容器的制备  42-43
    2.3.1 锂离子电池的组装  42
    2.3.2 三电极电容器的制备  42-43
  2.4 测试  43-44
    2.4.1 透射电子显微镜(TEM)  43
    2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）  43
    2.4.3 X 射线衍射测试（XRD）  43
    2.4.4 傅立叶变换红外光谱测试（FT IR）  43-44
    2.4.5 X 射线光电子能谱(XPS)  44
    2.4.6 热失重分析  44
    2.4.7 比表面积(BET)  44
  2.5 电化学测试  44-46
    2.5.1 锂离子电池及超级电容充放电测试  44-45
    2.5.2 循环伏安测试  45
    2.5.3 交流阻抗测试  45-46
第三章 化学氧化法各形貌聚苯胺的合成  46-56
  3.1 引言  46
  3.2 结果讨论  46-56
    3.2.1 纳米纤维/纳米管状聚苯胺（去离子水介质）  46-48
    3.2.2 中性溶液球形聚苯胺的合成  48-50
    3.2.3 酸性溶液聚苯胺的合成  50-51
    3.2.4 碱性溶液中聚苯胺的合成  51-56
第四章 聚苯胺基炭材料的制备与性能研究  56-76
  4.1 聚苯胺基碳材料的制备  56-59
  4.2 聚苯胺基碳材料的电化学分析  59-76
    4.2.1 充放电测试  59-65
    4.2.2 循环伏安和交流阻抗  65-68
    4.2.3 聚苯胺基碳材料的性能分析及电化学影响因素  68-76
第五章 结论  76-78
参考文献  78-84
致谢  84-86
研究成果及发表论文  86-88
作者及导师简介  88-89
附件  89-90

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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