聚苯胺水凝胶的制备和性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着电子设备和电动汽车等的普及,人们对于电力能源的需求日益增加,锂离子电池由于具有比容量大、绿色环保、安全无污染、可循环充放电等优点而得到快速发展[1-3]。其中,硅基负极由于其比容量可达4200mah/g,甚至比商业化的石墨电极高出10倍,其还有较低的脱嵌锂电位,以及丰富的自然资源,安全性和环境友好性等优点[4-7],因而备受关注。然而由于硅电极材料在使用过程中的体积变化将近300%,导致其在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层sei,最终导致电化学性能的恶化和循环寿命的下降[8]

现在已有诸多方案来尝试解决硅电极使用过程中的循环稳定性问题。其中有很多研究设计了从零到三维的硅基纳米结构材料,特别是其分层结构(多孔或空心结构、核-壳、蛋黄-蛋壳),来尝试改善其循环性能[9 - 11]。然而,其中的大多数材料的制备都过于复杂,难以规模化。此外,这些改性的纳米结构或多孔结构材料往往比表面积大,粒间阻力大,振实密度低。这些特点导致了其初始库仑效率低(ice)、体积容量小,因而不适合于实际应用。

另外还有研究设计合成了碳硅复合材料,炭材料由于具有良好的循环稳定性能和优异的导电性而用于与硅的复合,比较典型的是使用共形合成的多层石墨烯笼子封装simp(约1-3 mm)[12]。石墨烯具有柔性度好、纵横比高、导电性优异和化学性能稳定等优点。良好的柔性使得石墨烯易于与活性物质复合得到具有包覆或层状结构的复合材料。石墨烯笼在电池多次循环过程中,对硅微粒起到了一个柔性缓冲的作用,使得simp在笼内膨胀和破裂的同时还能保持复合材料表面上良好的电气连接和sei稳定性。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:先加入pvp以及ta溶液,并用naoh溶液调节其ph制备pvp-ta溶胶,之后将苯胺和sinp良好分散于其中,最后加入盐酸溶液以及三价铁盐,通过fe3 和ta的配位键以及pvp与ta的氢键形成凝胶网络,同时fe3 引发苯胺聚合,苯胺原位聚合在交联的水凝胶中,制备聚苯胺水凝胶粘合剂。

将所制备的聚苯胺水凝胶刮涂到铜箔上组装成电池。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,制备硅基聚苯胺水凝胶。

第9-12周:采用sem、xrd、ftir、eis等测试技术对水凝胶的形貌、结构与性能进行表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]armand m, tarascon j m. building better batteries.[j]. nature, 2008, 451(7179):652-657.

[2]tarascon j m , armand m . issues and challenges facing rechargeable lithium batteries[j]. nature, 2001, 414(6861):359-67.

[3]goodenough j b, abruna h d, buchanan m v. basic research needs for electrical energy storage. report of the basic energy sciences workshop on electrical energy storage, april 2-4, 2007[j]. electric batteries, 2008.

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