锂离子电池硫化聚并苯电极材料的结构与性能.pdfVIP

王存国等：锂离子电池硫化聚并苯电极材料的结构与性能 锂离子电池硫化聚并苯电极材料的结构与性能。 王存国1，肖红杰1，袁 涛1，赵 强1，王荣顺2 (1．青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东青岛266042； 2．东北师范大学化学学院功能材料化学研究所，吉林长春130024) 摘 要： 用苯酚和甲醛在碱性条件下合成了可溶性 验发现口0~12]，在酚醛树脂中掺人一定质量比的单质 酚醛树脂，加入一定质量比的单质硫，在氮气气氛下进 行热裂解，制备了硫化聚并苯导电材料(SPAS)；用解产物的结构和形貌发生了很大变化，热解产物的比 FTIR、XRD、TG、SEM、BET等方法对所制备材料进表面积明显增大，做成电极后首次放电容量和首次充 行了结构表征，用标准四探针方法对裂解产物的室温 放电效率都显著提高，以前我们曾对硫化聚并苯结构 电导率进行了测定。研究结果表明：掺杂硫的酚醛树 脂经裂解后，产物呈现无定形结构且材料的层间距增 性能进行详细研究报道。 大，裂解产物的比表面积比未硫化的裂解产物的比表 2 实 验 面积增大，当硫的掺杂量为10％时，裂解产物的比表 2．1试剂与仪器 面积达140m2／g，电导率可达2～4S／cm；电化学性能 Ka)；FT— 测试结果表明，硫化后的裂解产物的首次放电容量和 X射线衍射仪(日本D／Max-VB型，Cu 首次充放电效率都明显提高，当硫的掺杂量为lo％ IR红外光谱仪(Magna 时，首次放电容量达1410mAh／g，首次充放电效率达 85．5％，比未硫化的聚并苯电池的首次充放电效率提 吸附测试仪(ASAP 高10％。 关键词： 硫化聚并苯；单质硫；酚醛树脂；导电聚合 物；锂离子电池 中图分类号：0646 文献标识码：A 文章编号：1001—9731(2009)01—0089-03(烟台三和化学试剂有限公司)，甲醛(烟台三和化学试 剂有限公司)，单质硫(上海埃彼化学试剂有限公司)， 1 引 言 高纯氮(青岛合利气体有限公司)。 自1990年日本SONY公司率先研制成功锂离子2．2硫化聚并苯的制备 电池以来，锂离子电池以工作电压高、比容量大、循环 将苯酚与甲醛溶液(按1：1．1摩尔比)混合，加入 寿命长、安全性能好等优点，在移动电话、便携式电子 设备、空间技术、国防工业等多方面展示了广阔的用途 馏2～3h，脱去多余的水分，加入不同质量比的单质 和巨大的经济效益，成为近十多年化学电源的研究热 硫，搅拌均匀。将该树脂置于120℃烘箱中固化24h， 点之一[1’2]，其中对电池比容量贡献最大的碳电极材料然后放入石英管内，置于自动控温的高温炉中，在氮气 的选择与改性一直是人们研究和开发的重点[3“]。研 保护下，从室温按30℃／h升温速率，在预定温度范围 究发现，由酚醛树脂经热裂解制备的聚并苯电极材料 经嵌锂后，可达C。Li状态[5]，理论容量可达石墨电极 (T。)后，恒温2h，然后自然冷却至室温。最后得到黑 材料(嵌锂后为C。Li状态，理论容量为372mAh／gE6])色、具有金属光泽的硫化聚并苯导电材料(SPAS)。 的3倍。然而由于聚并苯电极材料在首次充放电时， 3结果与讨论 不可逆容量损失较大[5]，即首次充放电效率较低，而且 大电流放电迟缓，从而影响了其进一步的应用开发。 3．1热重一差热分析 因而对酚醛树脂热解碳材料进行改性，提高其可逆容 图1为酚醛树脂的热失重曲线，表