鋰電池聚合物正極材料的研究新進(jìn)展

李琰 胡亞偉 張雪梅 張乃琦 李春靜 呂靜

（1.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050026；2.河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司，河北 石家莊 050000）

1 有機(jī)硫化物聚合物

聚有機(jī)二硫化物中的二硫鍵的氧化還原反應(yīng)速率較慢、可逆性較差，這個(gè)問題抑制了聚有機(jī)二硫化物作為鋰電池正極材料的實(shí)際應(yīng)用。普遍認(rèn)為，可以通過兩種方法來改善：（l）與導(dǎo)電聚合物（聚苯胺、聚毗咯等）組成復(fù)合材料。（2）將二硫鍵化學(xué)鍵合在導(dǎo)電聚合物主鏈上，即二硫鍵與導(dǎo)電聚合物主鏈處在同一個(gè)分子中。

郭仕恒[1]合成了 3-雙亞甲基噻吩二硫化物及其聚合物，二硫鍵的動(dòng)力學(xué)可逆性也通過循環(huán)伏安法得到了研究。電池循環(huán)5次后的平均比容量為230mAh/g，高于鈷酸鋰的2倍之多。材料的氧化峰與還原峰的電位間距為180mV，氧化還原可逆性較好。郭仕恒同時(shí)指出微觀聚 3-雙亞甲基噻吩二硫化物的電子狀態(tài)是導(dǎo)致陽極失活和再活的主要因素，過氧化導(dǎo)致環(huán)上π電子的丟失和聚合物結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而發(fā)生陽極失活和再活現(xiàn)象。

劉波濤[2]以鄰二氯芐為原料，合成了新型貯能物質(zhì)鄰二芐基二硫化物及其聚合物，通過循環(huán)伏安法研究了材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，鄰二芐基二硫化物的氧化峰、還原峰電位分別在-0.65V和-1.9V，相距1.3V；而聚合物的峰位分別在0.24V和-0.14V，相距0.38V。劉波濤認(rèn)為具有導(dǎo)電性能的聚合物主鏈對側(cè)鏈的硫硫鍵的電解聚與電聚合過程能起到有效的電催化作用，而且聚合物有很好的共軛效應(yīng)，導(dǎo)電能力較好，是非常有應(yīng)用價(jià)值的新型鋰電池正極材料。

詹才茂等[3]合成了PABTP，20次充放電循環(huán)后，比容量為1500mAh/g，在77次循環(huán)后仍保持800mAh/g的高比容量，充放電效率達(dá)85%。

2 蒽醌聚合物

醌類化合物廣泛存在于自然界，是一類天然有機(jī)化合物，無毒、環(huán)保。醌類化合物中的C＝O具有很好的電化學(xué)可逆性，作為鋰電池正極材料，具有原料豐富易得、理論比容量較高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

徐國祥[4]采用化學(xué)氧化方法合成了聚1，5-二氨基蒽醌，材料電導(dǎo)率達(dá)0.8S/cm，在充放電過程中，聚苯胺骨架與醌基團(tuán)協(xié)同作用，醌基團(tuán)與Li+發(fā)生了電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，聚苯胺導(dǎo)電骨架也對比能量和循環(huán)性做出貢獻(xiàn)。材料首次放電容量達(dá)到221mAh/g，40次循環(huán)后容量保持率為80%。

劉之菊等[5]合成了聚六硫蒽，充放電比容量達(dá)到1236mAh/g，是理論比容量的3倍，具體原因仍需要深入研究。

趙磊[6]采用化學(xué)合成的方法合成了兩種新型的有機(jī)正極材料，5-氨基-2，3-二氫-1，4-二羥基蒽醌和5-氨基-1，4-二羥基蒽醌。首放容量分別為68mAh/g和185mAh/g，50次循環(huán)后容量分別為38mAh/g和93mAh/g。趙磊認(rèn)為電子云密度和共軛體系的增加有助于提高材料的電化學(xué)性能，而對電化學(xué)性能起決定作用的是共軛體系的大小。通過聚合形成大分子來減少溶解，以提高材料的比容量及循環(huán)穩(wěn)定性正在被深入研究。

3 結(jié)束語

鋰電池是電池研究的熱點(diǎn)，是電池發(fā)展的主要趨勢。目前，正極材料是影響鋰電池應(yīng)用的主要瓶頸，更多更優(yōu)越的鋰電池正極材料急待發(fā)展。廣大研究者需要進(jìn)一步深入探究，包括完善其各項(xiàng)電化學(xué)性能、提高穩(wěn)定性及安全性、降低生產(chǎn)成本、使其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等問題。相信以創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，更有價(jià)值、應(yīng)用面更廣的鋰電池正極材料會層出不窮。

[1]郭仕恒，翁國明，劉波濤，等.新型鋰電池正極材料聚有機(jī)二硫化物的研究[J]. 廣州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（9）：83-87.

[2]劉波濤，劉新彪，蘇育志.聚鄰二芐基二硫化物的合成及其性能研究[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2011，22：60-62.

[3]Zhan C M，et al . J of Power Sou ces[J]，2007，（168）：278-281.

[4]徐國祥，其魯，聞雷，等.聚1，5二氨基蒽醌二次鋰電池正極材料研究[J]. 高分子學(xué)報(bào)，2006（6）：795-799.

[5]劉之菊，孔令波，周運(yùn)鴻，等.中國材料科技與設(shè)備[J]，2007（1）：83-91.

[6]趙磊，王安邦，王維坤，等.氨基蒽醌衍生物的合成及其用作鋰電池正極材料的電化學(xué)性能[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（3）：596-602.