导电高分子在作为电极材料方面的应用.ppt

导电高分子在作为电 极材料方面的应用 一一、化学合成聚化学合成聚(3-(3-甲基噻吩甲基噻吩)二二、粘合剂在电极方面的应用、粘合剂在电极方面的应用 三三、高分子在染料敏化钠晶高分子在染料敏化钠晶TiO2 TiO2 太太 阳电池中的应用阳电池中的应用 四四、聚苯胺导电材料在二次电池电极材、聚苯胺导电材料在二次电池电极材料中的应用料中的应用一、化学合成聚(3-甲基噻吩)n n其主要运用是其主要运用是其主要运用是其主要运用是制备复合电极制备复合电极制备复合电极制备复合电极：按一定比例称取聚：按一定比例称取聚：按一定比例称取聚：按一定比例称取聚(3-(3-甲基噻吩甲基噻吩甲基噻吩甲基噻吩)、乙炔黑（由于乙、乙炔黑（由于乙、乙炔黑（由于乙、乙炔黑（由于乙 炔黑的量很少，炔黑的量很少，炔黑的量很少，炔黑的量很少，因此在电容方面的作用可以忽略不计，主要用于因此在电容方面的作用可以忽略不计，主要用于因此在电容方面的作用可以忽略不计，主要用于因此在电容方面的作用可以忽略不计，主要用于提高复合膜的电导）、提高复合膜的电导）、提高复合膜的电导）、提高复合膜的电导）、P(VDF-HFP)P(VDF-HFP)，加入，加入，加入，加入 N-N-甲甲甲甲基吡咯烷酮（基吡咯烷酮（基吡咯烷酮（基吡咯烷酮（NMPNMP）溶解成一悬浊液，滴加适量）溶解成一悬浊液，滴加适量）溶解成一悬浊液，滴加适量）溶解成一悬浊液，滴加适量丙丙丙丙 酮使之粘度下降，高速搅拌酮使之粘度下降，高速搅拌酮使之粘度下降，高速搅拌酮使之粘度下降，高速搅拌 2 h 2 h。蒸发部分丙。蒸发部分丙。蒸发部分丙。蒸发部分丙酮使悬浊液达到一定粘度。将此悬浊液涂于石墨酮使悬浊液达到一定粘度。将此悬浊液涂于石墨酮使悬浊液达到一定粘度。将此悬浊液涂于石墨酮使悬浊液达到一定粘度。将此悬浊液涂于石墨电极（电流收电极（电流收电极（电流收电极（电流收 集器）上，待晾干后，抽真空，保集器）上，待晾干后，抽真空，保集器）上，待晾干后，抽真空，保集器）上，待晾干后，抽真空，保持数小时。所得的持数小时。所得的持数小时。所得的持数小时。所得的 复合膜中各组分比例为：复合膜中各组分比例为：复合膜中各组分比例为：复合膜中各组分比例为：55.0%55.0%聚聚聚聚(3-(3-甲基噻吩甲基噻吩甲基噻吩甲基噻吩)、42.4%P(VDF-HFP)42.4%P(VDF-HFP)、2.6%2.6%导电碳黑。导电碳黑。导电碳黑。导电碳黑。二、粘合剂在电极方面的应用 镉镍蓄电池电极片目镉镍蓄电池电极片目镉镍蓄电池电极片目镉镍蓄电池电极片目前较普遍采用的是正极以前较普遍采用的是正极以前较普遍采用的是正极以前较普遍采用的是正极以泡沫镍、负极以穿孔钢带泡沫镍、负极以穿孔钢带泡沫镍、负极以穿孔钢带泡沫镍、负极以穿孔钢带为集流体，然后利用粘合为集流体，然后利用粘合为集流体，然后利用粘合为集流体，然后利用粘合剂分别将正、负极活性物剂分别将正、负极活性物剂分别将正、负极活性物剂分别将正、负极活性物质调成粘稠度适中的浆料，质调成粘稠度适中的浆料，质调成粘稠度适中的浆料，质调成粘稠度适中的浆料，填充到泡沫镍或者涂到穿填充到泡沫镍或者涂到穿填充到泡沫镍或者涂到穿填充到泡沫镍或者涂到穿孔钢带的表面，干燥后再孔钢带的表面，干燥后再孔钢带的表面，干燥后再孔钢带的表面，干燥后再利用滚压机将极片滚压到利用滚压机将极片滚压到利用滚压机将极片滚压到利用滚压机将极片滚压到一定的厚度，剪切成适当一定的厚度，剪切成适当一定的厚度，剪切成适当一定的厚度，剪切成适当的尺寸。的尺寸。的尺寸。的尺寸。三、高分子在染料敏化钠晶TiO2 太阳电池中的应用n n染料敏化纳晶染料敏化纳晶染料敏化纳晶染料敏化纳晶 TiO2 TiO2太阳电池是太阳电池是太阳电池是太阳电池是一种极具竞争力的新型太阳能一种极具竞争力的新型太阳能一种极具竞争力的新型太阳能一种极具竞争力的新型太阳能电池电池电池电池,它主要由三部分组成它主要由三部分组成它主要由三部分组成它主要由三部分组成:染染染染料敏化的料敏化的料敏化的料敏化的 TiO2 TiO2纳晶电极纳晶电极纳晶电极纳晶电极 、电解、电解、电解、电解质和对电极质和对电极质和对电极质和对电极,每一组成部分又由每一组成部分又由每一组成部分又由每一组成部分又由几种材料组成几种材料组成几种材料组成几种材料组成,每一种材料都在每一种材料都在每一种材料都在每一种材料都在电池将太阳能转化为电能的过电池将太阳能转化为电能的过电池将太阳能转化为电能的过电池将太阳能转化为电能的过程中发挥特定的作用程中发挥特定的作用程中发挥特定的作用程中发挥特定的作用 。为了进。为了进。为了进。为了进一步降低成本一步降低成本一步降低成本一步降低成本 、改善性能、改善性能、改善性能、改善性能,用用用用高分子材料代替其中的一种或高分子材料代替其中的一种或高分子材料代替其中的一种或高分子材料代替其中的一种或几种组成材料，经过适当改性几种组成材料，经过适当改性几种组成材料，经过适当改性几种组成材料，经过适当改性的高分子材的高分子材的高分子材的高分子材 料料料料,这样电池除具这样电池除具这样电池除具这样电池除具备优异的机械加工性能外备优异的机械加工性能外备优异的机械加工性能外备优异的机械加工性能外,还具还具还具还具备像金属与半导体一样的光备像金属与半导体一样的光备像金属与半导体一样的光备像金属与半导体一样的光 、电及电磁性能电及电磁性能电及电磁性能电及电磁性能 。n n基于聚对苯二甲酸乙二醇酯基于聚对苯二甲酸乙二醇酯基于聚对苯二甲酸乙二醇酯基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)PET)的柔性电极制备纳晶的柔性电极制备纳晶的柔性电极制备纳晶的柔性电极制备纳晶 TiO2TiO2多孔薄膜电极的传统方法：多孔薄膜电极的传统方法：多孔薄膜电极的传统方法：多孔薄膜电极的传统方法：是将是将是将是将TiO2TiO2胶体溶液涂敷在导电胶体溶液涂敷在导电胶体溶液涂敷在导电胶体溶液涂敷在导电玻璃基底上玻璃基底上玻璃基底上玻璃基底上,再经过高温再经过高温再经过高温再经过高温 烧结烧结烧结烧结 (400(400450 450),),使使使使TiO2TiO2颗粒之间颗粒之间颗粒之间颗粒之间以及以及以及以及TiO2TiO2颗粒与导电基底之间颗粒与导电基底之间颗粒与导电基底之间颗粒与导电基底之间结合牢固结合牢固结合牢固结合牢固,并且可以去除有机残并且可以去除有机残并且可以去除有机残并且可以去除有机残留物留物留物留物,从而提高纳从而提高纳从而提高纳从而提高纳TiO2TiO2多孔薄多孔薄多孔薄多孔薄膜内电子的输运速膜内电子的输运速膜内电子的输运速膜内电子的输运速 度及电极的度及电极的度及电极的度及电极的稳定性稳定性稳定性稳定性。但导电玻璃重量大。但导电玻璃重量大。但导电玻璃重量大。但导电玻璃重量大,易破碎易破碎易破碎易破碎,不易加工不易加工不易加工不易加工,给染料敏化给染料敏化给染料敏化给染料敏化纳晶纳晶纳晶纳晶TiO2TiO2太阳电池的实际应太阳电池的实际应太阳电池的实际应太阳电池的实际应 用用用用带来了很大的不便带来了很大的不便带来了很大的不便带来了很大的不便 。近年来。近年来。近年来。近年来,基于高分子材料的基于高分子材料的基于高分子材料的基于高分子材料的 柔性电极以柔性电极以柔性电极以柔性电极以其重量轻其重量轻其重量轻其重量轻 可随意变形以及价格可随意变形以及价格可随意变形以及价格可随意变形以及价格低等优低等优低等优低等优 点引起了人们的广泛关点引起了人们的广泛关点引起了人们的广泛关点引起了人们的广泛关注注注注 。图1 染料敏化纳晶太阳电池结构及工作原理示意图(Ecb:半导体的导带边;Evb:半导体的价带边;D、D 3:分别是染料的基态和激发态;I-/I-3:氧化还原电解质四、聚苯胺导电材料在二次电池电极材料中的应用 聚苯胺的结构特性：聚苯胺的结构特性：聚苯胺的结构特性：聚苯胺的结构特性：聚苯胺是由还原单元聚苯胺是由还原单元和氧化单元构成,其结构式为聚苯胺在二次电池正电极材料中的应用聚苯胺在二次电池正电极材料中的应用 聚苯胺电极正极材料在二次电池中既可以通过阴离子掺杂聚苯胺电极正极材料在二次电池中既可以通过阴离子掺杂聚苯胺电极正极材料在二次电池中既可以通过阴离子掺杂聚苯胺电极正极材料在二次电池中既可以通过阴离子掺杂(即即即即P P 型型型型掺杂掺杂掺杂掺杂)也可以通过阳离子掺杂也可以通过阳离子掺杂也可以通过阳离子掺杂也可以通过阳离子掺杂(即即即即n n 型掺杂型掺杂型掺杂型掺杂)来实现其充放电功能。聚来实现其充放电功能。聚来实现其充放电功能。聚来实现其充放电功能。聚苯胺近年来在电极材料方面的应用性研究很多苯胺近年来在电极材料方面的应用性研究很多苯胺近年来在电极材料方面的应用性研究很多苯胺近年来在电极材料方面的应用性研究很多,可见可见可见可见,通过改变掺杂剂通过改变掺杂剂通过改变掺杂剂通过改变掺杂剂的种类或是使用合适的大分子模板制备出来的聚苯胺的种类或是使用合适的大分子模板制备出来的聚苯胺的种类或是使用合适的大分子模板制备出来的聚苯胺的种类或是使用合适的大分子模板制备出来的聚苯胺,都可以直接作都可以直接作都可以直接作都可以直接作为锂离子二次电池的正极材料加以应用。聚苯胺正极材料与无机材料为锂离子二次电池的正极材料加以应用。聚苯胺正极材料与无机材料为锂离子二次电池的正极材料加以应用。聚苯胺正极材料与无机材料为锂离子二次电池的正极材料加以应用。聚苯胺正极材料与无机材料的复合材料一般而言有以下三种方法的复合材料一般而言有以下三种方法的复合材料一般而言有以下三种方法的复合材料一般而言有以下三种方法:(1)(1)简单的物理混合简单的物理混合简单的物理混合简单的物理混合;、(2)(2)将聚合物溶解将聚合物溶解将聚合物溶解将聚合物溶解,然后加入无机物混合然后加入无机物混合然后加入无机物混合然后加入无机物混合,涂布涂布涂布涂布,除去溶剂除去溶剂除去溶剂除去溶剂;(3)(3)将聚合物单体溶解将聚合物单体溶解将聚合物单体溶解将聚合物单体溶解,加入无机物加入无机物加入无机物加入无机物,然后聚合。然后聚合。然后聚合。然后聚合。加入的无机物一般采用电化学活性较高的氧化物正极材料如加入的无机物一般采用电化学活性较高的氧化物正极材料如加入的无机物一般采用电化学活性较高的氧化物正极材料如加入的无机物一般采用电化学活性较高的氧化物正极材料如WO3 WO3、TiO2 TiO2、MnO2 MnO2、V2 O5V2 O5 苯胺在二次电池负极材料中的应用 对锂二次电池的充放电过程进行分析可发现对锂二次电池的充放电过程进行分析可发现对锂二次电池的充放电过程进行分析可发现对锂二次电池的充放电过程进行分析可发现:充电时充电时充电时充电时,Li+,Li+,Li+,Li+从正极脱嵌经过从正极脱嵌经过从正极脱嵌经过从正极脱嵌经过电解质进入负极电解质进入负极电解质进入负极电解质进入负极,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极;放电时则相反放电时则相反放电时则相反放电时则相反,Li+,Li+,Li+,Li+从负极脱嵌从负极脱嵌从负极脱嵌从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极。在正常充放电情况下经过电解质嵌入正极。在正常充放电情况下经过电解质嵌入正极。在正常充放电情况下经过电解质嵌入正极。在正常充放电情况下,Li+,Li+,Li+,Li+在层状结在层状结在层状结在层状结构的碳负极材料的层间嵌入和脱出只应引起层面间距的变化构的碳负极材料的层间嵌入和脱出只应引起层面间距的变化构的碳负极材料的层间嵌入和脱出只应引起层面间距的变化构的碳负极材料的层间嵌入和脱出只应引起层面间距的变化,而不破坏晶体结而不破坏晶体结而不破坏晶体结而不破坏晶体结构构构构,即在充放电过程中即在充放电过程中即在充放电过程中即在充放电过程中,负极材料的化学结构基本改变。负极材料的化学结构基本改变。负极材料的化学结构基本改变。负极材料的化学结构基本改变。由此可见由此可见由此可见由此可见,为了提高电为了提高电为了提高电为了提高电池性能池性能池性能池性能,选用的碳负极材料应符合以下要求选用的碳负极材料应符合以下要求选用的碳负极材料应符合以下要求选用的碳负极材料应符合以下要求:(1):(1)锂储存量高锂储存量高锂储存量高锂储存量高;(2)(2)锂在碳中的嵌入脱嵌反应快锂在碳中的嵌入脱嵌反应快锂在碳中的嵌入脱嵌反应快锂在碳中的嵌入脱嵌反应快,即锂离子在固相内的扩散系数大即锂离子在固相内的扩散系数大即锂离子在固相内的扩散系数大即锂离子在固相内的扩散系数大,在电极在电极在电极在电极/电解液界面的移动阻抗小电解液界面的移动阻抗小电解液界面的移动阻抗小电解液界面的移动阻抗小;(3)(3)锂离子在电极材料中的存在状态稳定锂离子在电极材料中的存在状态稳定锂离子在电极材料中的存在状态稳定锂离子在电极材料中的存在状态稳定;(4)(4)在电池充放电循环中在电池充放电循环中在电池充放电循环中在电池充放电循环中,碳负极材料体积变化小碳负极材料体积变化小碳负极材料体积变化小碳负极材料体积变化小;(5)(5)电子导电性高电子导电性高电子导电性高电子导电性高;(6)(6)碳材料在电解溶液中不溶解。碳材料在电解溶液中不溶解。碳材料在电解溶液中不溶解。碳材料在电解溶液中不溶解。参考文献：1 1、吕国金、吕国金 杨兰生、张曼等杨兰生、张曼等“贮氢电极粘合剂的选择及其进展贮氢电极粘合剂的选择及其进展 2 2、汪昆华、汪昆华,罗传秋罗传秋.聚合物近代仪器分析聚合物近代仪器分析 M .M .北京北京:清华大学出清华大学出 版版 社社,1991,99:20 44,1991,99:20 44 3 3、夏和生、夏和生.超声辐射制备聚丙烯酸正丁酯和聚苯胺纳米材料的研究超声辐射制备聚丙烯酸正丁酯和聚苯胺纳米材料的研究 D .D .四川大学博士学位论文四川大学博士学位论文,2001,2001 4 4、赵赵 亮亮 葛岭梅葛岭梅 周安宁周安宁 刘春宁刘春宁(西安科技大学化学化工系西安科技大学化学化工系,西安西安 710054)710054)5 5、杨红柳等：化学合成聚、杨红柳等：化学合成聚(3-(3-甲基噻吩甲基噻吩)及其在超电容器中的应用及其在超电容器中的应用