共轭聚合物/层状二氧化锰相嵌电极材料的混杂效应机制

Mechanism of the Coordination Effects of Conjugated Polymer/Layered Manganese Dioxide
Intercalated Electrode Materials

项目批准号：59873007

章永化^1*、沈辉²、苏育志³、许德雄¹、熊红兵¹、陈守明¹、龚克成¹

1：华南理工大学高分子科学系，2：中国科学院广州能源研究所，3：广州大学化学系

　　层状结构的二氧化锰具有良好的电化学嵌 -脱锂性能，可以作为良好可逆性的锂离子二次电池的阴极活性材料。但二氧化锰本身不导电，在作为电极使用时，需与导电炭黑进行复合。本课题以层状结构的δ -MnO2、脂肪胺和苯胺等为原料，采用多步插层复合聚合技术制备共轭聚合物 /δ-MnO2混杂材料，研究混杂材料中δ-MnO2和共轭聚合物的结构与性能的变化、界面结构及其相互作用，研究混杂材料作为锂离子电池正极材料的电化学性能，从中阐明混杂材料中主、客体之间的协同效应及其机制，为开发高性能电极材料提供理论基础。

● 阶段性研究进展

1. 用过硫酸铵氧化氢氧化锰法合成了层状结构的δ - MnO2，δ- MnO2的晶格夹层间具有可交换的钠离子，并研究了δ- MnO2的结构、热稳定性及其影响因素。

2. 由δ- MnO2与不同结构的脂肪胺盐酸盐直接离子交换或多步置换，可以得到有机胺与δ - MnO2的相嵌纳米复合物，表征了其结构与热稳定性（图 1）。

3. 利用多步置换法，进而利用 MnO2本身的氧化性，制备了聚苯胺等共轭聚合物/ δ- MnO2混杂材料（图1），并研究了混杂材料中聚合物和δ - MnO2各自的结构与性能变化。发现聚苯胺的热分解温度由 320℃提高到568℃以上，而δ- MnO2在400℃的晶型转变已消失(图2)，说明聚苯胺与δ- MnO2形成混杂材料后，前者热稳定性提高，后者的晶体类型稳定性提高，具有良好的协同效应。

4. 循环伏安法对比研究了用质子交换的δ -MnO2、聚苯胺/δ-MnO2混杂材料、表面氧化聚合的聚苯胺 /δ-MnO2复合物的电化学性能。发现聚苯胺/δ-MnO2混杂材料氧化还原峰值靠近，氧化还原的电量基本相同，经多次循环后，循环伏安曲线基本不变（图 3），说明具有良好的氧化还原可逆性。

● 主要研究成果

1. 申请了发明专利一项： "聚合物纳米复合材料的制备方法"，中国专利申请号：98104787，公告号：1192444。

3. "Electrochemical Properties of Diferent Conjugated Polymer-layered Manganese Dioxide Complexes"， submitted to"Electrochim. Acta"

4. "Synthesis and Properties of Poly(ethylene oxide)-Layered Manganese Dioxide Intercalates"， submitted to "Solid State Ionics"

工程与材料科学部、国际合作局 主办
数理科学部、化学科学部 协办