一种锂电池聚合物正极材料，其制备方法及其电池技术

本申请涉及一种锂电池聚合物正极材料，具体讲，所述聚合物正极材料的主链含有丁二酰亚胺基团，以调节聚合物的溶解性、分散性、与电解液的亲和性及材料堆积形貌。所述聚合物正极材料的侧链含有哌啶氧化物基团，能够在电池充放电过程中与电子及锂离子反应。所述聚合物正极材料能够提升电池的安全性能以及稳定性，分子设计灵活，生产成本低，能大规模应用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及锂电池领域，具体讲，涉及一种锂电池聚合物正极材料，其制备方法，以及使用该材料作为正极活性物质的锂电池。
技术介绍
传统锂二次电池工作原理基于离子嵌入机制，也被称作锂电池，其负极材料采用金属锂片作为锂源，正极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐。这些正极材料大多制备工艺复杂，材料资源匮乏，价格昂贵，因此寻求价格低廉、环境友好的正极材料成为锂电池的重要研究方向。锂电池的容量主要受正极材料的限制。为了获取更高的容量，有必要将电极的储锂机制从嵌入反应转向转化反应。锂电池有机正极材料与传统无机材料相比，具有分子结构可灵活设计、原材料丰富、成本低廉等优点。现有技术公开了将含有苯并噻吩基团的有机小分子作为正极材料,但将其应用于锂电池中，电池的倍率性能和循环寿命差。因此，为了满足锂电池的大规模应用，实现绿色可持续发展，必须开发新型锂电池有机正极材料。
技术实现思路
本申请的第一目的在于提供一种锂电池聚合物正极材料。本申请的第二目的在于提供所述聚合物正极材料的制备方法。本申请的第三目的在于提供使用所述聚合物正极材料作为正极活性物质的锂电池。为了实现本申请的第一目的，所述聚合物正极材料的主链含有丁二酰亚胺基团，所述聚合物正极材料的侧链含有哌啶氧化物基团。优选地，所述聚合物正极材料的结构式中含有式I所示的结构单元：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。优选地，所述聚合物正极材料的结构式中还含有式II所示的结构单元：其中，所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素，m为1～6的整数。优选地，所述聚合物正极材料的结构式中还含有式IIA所示的结构单元：其中，所述R21、R22、R23和R24各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。优选地，所述聚合物正极材料的结构式如式III所示：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R11～R14选自氢或C1～C6烷基，更优选为甲基；所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素，优选R2和R2’选自氢或C1～C6烷基，更优选为氢；m为1～6的整数，优选为2；n＝80～120，优选100。优选地，所述聚合物正极材料的结构式如式IIIA所示：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R11～R14选自氢或C1～C6烷基，更优选为甲基；所述R21、R22、R23和R24各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R21～R24选自氢或C1～C6烷基，更优选为氢。优选地，所述聚合物正极材料的结构式如式IV、V、VI所示：为了实现本申请的第二目的，所述聚合物正极材料的制备方法，至少包括：使式IIIB所示的聚合物与氧化剂反应，得到式IIIA所示的聚合物正极材料。优选地，反应温度为20℃～30℃，反应时间为10～14小时，反应过程使用钨酸钠作为催化剂，过氧化氢作为氧化剂，式IIIB所示的聚合物：过氧化氢：钨酸钠的摩尔比为0.8～1.2：8～12：0.01～0.1。为了实现本申请的第三目的，本申请提供一种锂电池，所述锂电池含有正极片、负极片、隔离膜、电解质或电解液，所述正极片上含有本申请所提供的聚合物正极材料。优选地，所述锂电池为扣式锂电池、卷绕式锂电池或叠片式锂电池。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请提供的聚合物正极材料，在分子主链中含有丁二酰亚胺基团，以调节聚合物的溶解性、分散性、与电解液的亲和性及材料堆积形貌。聚合物侧链含有哌啶氧化物基团，能够在电池充放电过程中与电子及锂离子反应。所述聚合物能够提升正极材料的安全性能以及电池的稳定性，分子设计灵活，生产成本低，能大规模应用于工业化生产。附图说明图1为本申请实施例1制备的聚合物正极材料的CV图。图2为本申请实施例1制备的聚合物正极材料的充放电倍率性能图。图3为本申请实施例1制备的聚合物正极材料的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。本申请涉及一种聚合物正极材料，其主链含有丁二酰亚胺基团，所述聚合物正极材料的侧链含有哌啶氧化物基团。所述哌啶氧化物(TEMPO)，是一种哌啶类的氮氧自由基，其具有捕获自由基和猝灭单线态氧的功能，且是一种非常有效的氧化催化剂，能将伯醇氧化为醛、仲醇氧化为酮。具有产率高、选择性好、稳定性良好、可循环使用等优点。作为本申请聚合物正极材料的一种改进，所述聚合物正极材料的结构式中含有式I所示的结构单元：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。作为本申请聚合物正极材料的一种改进，所述聚合物正极材料的结构式中还含有式II所示的结构单元：其中，所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素，m为1～6的整数。作为本申请聚合物正极材料的一种改进，所述聚合物正极材料的结构式中还含有式IIA所示的结构单元：其中，所述R21、R22、R23和R24各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。作为本申请聚合物正极材料的一种改进，所述聚合物正极材料的结构式如式III所示：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R11～R14选自氢或C1～C6烷基，更优选为甲基；所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素，优选R2和R2’选自氢或C1～C6烷基，更优选为氢；m为1～6的整数，优选为2；n＝80～120，优选100。作为本申请聚合物正极材料的一种改进，所述聚合物正极材料的结构式如式IIIA所示：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R11～R14选自氢或C1～C6烷基，更优选为甲基；所述R21、R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的主链含有丁二酰亚胺基团，所述聚合物正极材料的侧链含有哌啶氧化物基团。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的主链含有丁二酰亚胺基团，所述聚合物正极材料的侧链含有哌啶氧化物基团。2.根据权利要求1所述的聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的结构式中含有式I所示的结构单元：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。3.根据权利要求2所述的聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的结构式中还含有式II所示的结构单元：其中，所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素，m为1～6的整数。4.根据权利要求3所述的聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的结构式中含有式IIA所示的结构单元：其中，所述R21、R22、R23和R24各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素。5.根据权利要求1所述的聚合物正极材料，其特征在于，所述聚合物正极材料的结构式如式III所示：其中，所述R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C12烷基、取代或未取代的C1～C12烷氧基、取代或未取代的C6～C12芳基，取代基为卤素；优选R11～R14选自氢或C1～C6烷基，更优选为甲基；所述R2和R2’各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C...

【专利技术属性】
技术研发人员：余林峰，蒋治亿，许金梅，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35