锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法,所述电池的正极片包括正极活性材料、粘结剂、导电剂和集流体,其特征在于包括如下步骤：(1)在容器中加入电解液，在搅拌器搅拌的同时先加入苯胺单体，然后加入电解质，测量电解液的pH值，将电解液的pH值的范围调节至3～5，在手套箱中进行，采用惰性气体进行保护；组装电池极组，注入含有苯胺单体的电解液到电池中，进行密封，在温度范围为35℃～45℃时，静置16h～32h；(2)对电池施加电流，使均匀分散在正极活性材料表面的苯胺单体发生聚合，得到聚苯胺；(3)将该电池室温静置16～32h。本发明专利技术低碳环保，电池容量、倍率性能和存储性能优异。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法
本专利技术涉及导电聚合物聚苯胺的合成与应用，尤其是涉及一种锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法。
技术介绍
与其它二次电池相比，锂离子二次电池在工作电压、质量比能量、自放电率、记忆效应、循环寿命及环境影响等方面具有明显的优势。各国政府也在以各种形式推动锂电池行业的发展。影响锂离子电池性能的关键材料中有正极、负极活性材料等。与石墨类负极活性材料相比，正极活性材料本身的电导率都很低，电导率为10-9～10-4S/cm，为了在正极活性材料周围形成电导率高的导电网络，必须添加导电剂。导电剂的电导率愈高时，充、放电时电极的极化程度就愈小，容量发挥就愈高。硅或其它非石墨类作为负极有着石墨类负极无法比拟的优点，却同样存在导电性不佳的问题，选择合适的导电剂日趋重要。锂离子电池中理想的导电剂应具有电导率高、能与活性材料混合、性能稳定、来源广、价格低等优点。现有的导电剂中，金属颗粒易氧化，乙炔黑的电导率不够高，碳纤维和碳纳米管的长径比太大、难以混合均匀。最近，导电聚合物引起了极大的关注。物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。金属导电是由于金属中大量的自由电子，在电场的作用下定向移动。聚合物导电的机理比较复杂，其本身的电导率范围亦极大，从绝缘体、半导体到导体，电导率从10-18S/cm到104S/cm。部分导电聚合物经过合适的掺杂后，其电导率能达到金属水平。例如，聚乙炔PA经过掺杂后的室温电导率为103S/cm，达到金属水平，比掺杂前的电导率10-9S/cm提高了12个数量级。由于导电聚合物在光电子器件、能源材料、传感器、电子屏蔽和腐蚀防护等方面有着极大的应用前景，因而引起人们极大的关注，聚苯胺是其中一种很重要的导电聚合物。已经发展了多种导电聚合物聚苯胺的合成方法，如化学法，模板法等。但要得到加工性能好、稳定性好、结构均匀、导电率高的导电聚合物仍然面临着一定的困难。目前的文献报道中Sadia,ScienceofAdvancedMaterials；林雪，电化学聚合；范长岭，博士论文；李永舫，电化学。所用的工艺大多为“先合成再应用”，很少在锂离子电池的制成中，原位聚合导电聚苯胺。但是目前缺乏一种工艺简单、低碳环保，电池容量，倍率性能和存储性能优异的锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种电池容量，倍率性能和存储性能优异的锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法。为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法,所述电池的正极片包括正极活性材料、粘结剂、导电剂和集流体,包括如下步骤：(1)在容器中加入电解液，在搅拌器搅拌的同时先加入苯胺单体，然后加入电解质，测量电解液的pH值，将电解液的pH值的范围调节至3～5，在手套箱中进行，采用惰性气体进行保护；组装电池极组，注入含有苯胺单体的电解液到电池中，进行密封，在温度范围为35℃～45℃时，静置16h～32h；(2)对电池施加电流，使均匀分散在正极活性材料表面的苯胺单体发生聚合，得到聚苯胺；(3)将该电池室温静置16～32h。进一步地，在步骤(1)中，所述苯胺单体浓度为0.01mol/L～1mol/L，所述电解质的浓度为苯胺单体浓度的10％至100％；通过加入电解液添加剂调节pH值；所述密封为真空封口；在步骤(3)中，将该电池室温静置24h。进一步地，在步骤(2)中，施加电流时，通过调节电池的充电电压范围和充电电流范围来调整聚合反应过程，得到聚苯胺；所述电池的充电电压范围为0.1V到1.0V，充电电流范围为0.01C到0.2C。更进一步地，所述正极活性材料为锂金属氧化物；所述锂金属氧化物为LixCo1-yMˊyA2、LixCo1-yMˊyO2-zXz、LixMn1-yMˊyO2-zXz、LixMn2O4-zXz、LixMn2-yMˊyA4、LixNi1-yMˊyA2、LixNi1-yMˊyO2-zXz、LixNi1-yCoyO2-zXz、LixNi1-y-zCoyMˊzAa、LixNi1-y-zCoyMˊzyO2-aXa、LixNi1-y-zMnyMˊzAa、LixNi1-y-zMnyMˊzO2-aXa或cLi2MnO3(1-c)Li(MdMˊe)O2；其中，0.95≤x≤1.1,0≤y≤0.5,0≤z≤0.5,0≤a≤2,0≤c≤0.8,d+e＝1,0≤e≤0.5；M与Mˊ是至少一种元素选自Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V或稀土元素；A是至少一种元素选自O、F、S或P；并且X是至少一种元素选自F、S或P。进一步地，所述电解液由主溶剂、锂盐和添加剂组成；其中，所述主溶剂选自碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、γ-丁内酯GBL、1,3-二氧戊烷DOL、乙腈AN、甲酸甲酯MF或乙酸甲酯MA中的一种或几种的组合。进一步地，所述锂盐选自LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)，其中，x、y为正整数、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3或LiClO4中的一种或几种的组合。更进一步地，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯VC、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、亚硫酸丙烯酯PS、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、联苯BP、氟苯FB、环己基苯CHB、1-丙基环状磷酸酐PPACA、全氟丁基磺酸钾PNB、三(2，2，2-三氟乙基)亚磷酸酯TTFP、六甲基磷腈HMPN、1,3-丙烯磺酸内酯PTS、四氟苯硼锂、邻苯二甲酸酐或六甲基二硅胺烷中的一种或几种的组合。进一步地，所述惰性气体为氩气。进一步地，所述容器为烧杯；所述搅拌器为磁力搅拌器。有益效果：本专利技术工艺简单，低碳环保，电池容量，倍率性能和存储性能优异。改变了传统研究导电聚合物的“先合成再应用”方法，将导电聚合物的合成与实际电池的制成相结合，直接在电池极组中注入制备聚合物所需的单体及其电解质，再完成电池的制备过程，然后将电池放置到电场中，通过控制电场参数来合成导电聚合物。本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术中，将导电聚合物的合成与实际电池的制成相结合，在电池的制成过程中加入合成导电聚苯胺所需要的单体及支持的电解质，再完成电池的制备过程，然后将电池施加电流，通过控制电压和电流来合成导电聚苯胺。(2)不需要引入化学氧化试剂，通过调节溶剂、支持电解质的种类，改变单体浓度，以及通过控制电场参数来控制合成反应进行的程度和产量，反应条件温和、易控，避免了有毒或危险的氧化剂的使用和其还原产物的处理，产品杂质含量少，是低碳环保的制备方法。(3)本专利技术导电聚合物直接生长在活性物质上，粒度牢固而分布均匀，会大大提高电极的导电性，从而得到具有优异的电池容量、倍率性能电池；由于聚合物对活性物质的包裹，使得电池的存储性能得到明显提升。附图说明图1是本专利技术的锂离子全电池的结构示意图；图2是本专利技术实施例1制备的聚苯胺包覆钴酸锂的扫描电镜；图3是本专利技术实施例1半电池不同倍率下电池的克容量；图4是本专利技术实施例1半电池不同倍率相对于0.2C的百分比；图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法,所述电池的正极片包括正极活性材料、粘结剂、导电剂和集流体,其特征在于包括如下步骤：(1)在容器中加入电解液，在搅拌器搅拌的同时先加入苯胺单体，然后加入电解质，测量电解液的pH值，将电解液的pH值的范围调节至3～5，在手套箱中进行，采用惰性气体进行保护；组装电池极组，注入含有苯胺单体的电解液到电池中，进行密封，在温度范围为35℃～45℃时，静置16h～32h；(2)对电池施加电流，使均匀分散在正极活性材料表面的苯胺单体发生聚合，得到聚苯胺；(3)将该电池室温静置16～32h。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法,所述电池的正极片包括正极活性材料、粘结剂、导电剂和集流体,其特征在于包括如下步骤：(1)在容器中加入电解液，在搅拌器搅拌的同时先加入苯胺单体，然后加入电解质，测量电解液的pH值，将电解液的pH值的范围调节至3～5，在手套箱中进行，采用惰性气体进行保护；组装电池极组，注入含有苯胺单体的电解液到电池中，进行密封，在温度范围为35℃～45℃时，静置16h～32h；(2)对电池施加电流，使均匀分散在正极活性材料表面的苯胺单体发生聚合，得到聚苯胺；施加电流时，通过调节电池的充电电压范围和充电电流范围来调整聚合反应过程，得到聚苯胺；(3)将该电池室温静置16～32h；步骤(2)中，将电池放置在小微电流量程设备上对电池施加电流，施加电流步骤分为4步，步骤1为对电池施加0.01C恒电流对其充电至0.2V，然后0.2V恒压充电，截止电流为0.001C；步骤2为对电池施加0.01C恒电流对其充电至0.3V，然后0.3V恒压充电，截止电流为0.001C；步骤3为对电池施加0.01C恒电流对其充电至0.4V，然后0.4V恒压充电，截止电流为0.001C；步骤4为对电池施加0.01C恒电流对其充电至0.5V，然后0.5V恒压充电，截止电流为0.001C；以上步骤使电池中的苯胺单体进行聚合。2.根据权利要求1所述的锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述苯胺单体浓度为0.01mol/L～1mol/L，所述电解质的浓度为苯胺单体浓度的10％至100％；通过加入电解液添加剂调节pH值；所述密封为真空封口；在步骤(3)中，将该电池室温静置24h。3.根据权利要求1所述的锂离子电池极组中原位聚合导电聚苯胺的方法，其特征在于：所述正极活性材料为锂金属氧化物；所述锂金属氧化物为LixCo1-yMyA2、LixCo1-yMyO2-zXz、LixMn1-yMyO2-zXz、LixMn2O4-zXz、LixMn2-yMyA4、LixNi1-yMyA2、LixNi1-yMyO2-zXz、LixNi1-y-...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪芳，徐子福，王岑，韩松，潘丽群，赵阳雨，李喆，
申请(专利权)人：南京安普瑞斯有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32