正极材料及制备方法与应用、正极的制备方法技术

本发明专利技术公开正极材料及制备方法与应用、正极的制备方法，聚酰亚胺正极材料，按质量百分比计，包括：5‑40％的聚酰亚胺纳米粒子、0‑4％的辅助分散剂和60‑95％的水；所述聚酰亚胺纳米粒子具有如下结构式：

Cathode materials and preparation methods and applications, preparation methods of positive pole

【技术实现步骤摘要】
正极材料及制备方法与应用、正极的制备方法
本专利技术涉及锂离子二次电池领域，尤其涉及一种聚酰亚胺正极材料及制备方法与应用、聚酰亚胺正极的制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺是重要的工程塑料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007，属F至H级绝缘材料。根据重复单元的化学结构，聚酰亚胺可以分为脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亚胺三种。根据热性质，可分为热塑性和热固性聚酰亚胺。聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"(protionsolver)，并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。近来的研究表明，聚酰亚胺材料可以用作锂离子电池或钠离子电池的活性材料，因为聚酰亚胺的主链上具有均苯四酸酐、萘四甲酸酐和苝四甲酸酐等基团，这些基团可以发生可逆的氧化还原电化学反应，如亚胺基团可以氧化成烯醇式结构，伴随着羰基氧原子结合或解离锂离子或钠离子。理论上，每个四甲酸酐基团可以转移4个电子，对应300mAh/g的理论容量，但是实验中实际的容量一般不超过200mAh/g。聚酰亚胺作为锂离子电池或钠离子电池的正极材料时实际比容量距离其理论容量相差甚远，这主要是受限由于所采用的正极制备方法。以前所报道的聚酰亚胺正极材料都是大块状或薄膜状，再加上聚酰亚胺都是绝缘的，内部的活性位点都被包裹了，导致比容量活化周期长或整体比容量低。而且传统的聚酰亚胺正极材料制备方法大多采用有机溶剂来分散，大量有机溶剂容易造成环境污染，危害生产人员身体健康，而且大量溶剂处理和回收还会增加制造成本。因此，现有技术仍有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种聚酰亚胺正极材料及制备方法与应用、聚酰亚胺正极的制备方法，旨在解决现有制备方法采用有机溶剂来分散，容易造成环境污染，危害生产人员身体健康，而且大量溶剂处理和回收还会增加制造成本的问题。本专利技术的技术方案如下：一种聚酰亚胺正极材料，其中，按质量百分比计，包括：5-40％的聚酰亚胺纳米粒子、0-4％的辅助分散剂和60-95％的水；所述聚酰亚胺纳米粒子具有如下结构式：其中，A1和A2独立地为芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基中的一种。所述的聚酰亚胺正极材料，其中，所述n为50-10000。所述的聚酰亚胺正极材料，其中，所述A1具有如下结构式中的一种：所述的聚酰亚胺正极材料，其中，所述A2具有如下结构式中的一种：所述的聚酰亚胺正极材料，其中，所述聚酰亚胺纳米粒子的平均尺寸范围为50-800纳米。所述的聚酰亚胺正极材料，其中，所述辅助分散剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和聚丙烯酸钠中的一种或两种。一种如上所述的聚酰亚胺正极材料的制备方法，其中，包括步骤：首先将聚酰亚胺纳米粒子球磨6～10小时；然后取出球磨后的聚酰亚胺纳米粒子，与辅助分散剂和水混合，接着研磨6～10小时，制备得到聚酰亚胺正极材料。一种如上所述的聚酰亚胺正极材料制备聚酰亚胺正极的方法，其中，包括步骤：将如上所述聚酰亚胺正极材料、导电剂和水性粘结剂混合，并搅拌均匀；然后涂布在铝箔上，最后烘干水分，制备得到聚酰亚胺正极。所述的制备聚酰亚胺正极的方法，其中，按质量百分比为(50％-70％)：(20％-40％)：(5％-15％)，将所述聚酰亚胺正极材料、导电剂和水性粘结剂混合；和/或所述水性粘合剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酸钠、丙烯酸酯乳液、聚四氟乙烯乳液和聚偏氟乙烯乳液中的一种。一种如上所述的聚酰亚胺正极材料的应用，其中，将所述聚酰亚胺正极材料应用于锂离子二次电池或钠离子二次电池中。有益效果：本专利技术提供一种水性分散的聚酰亚胺正极材料，使用该水性纳米的聚酰亚胺正极材料，除了具有环保无污染的优点外，纳米尺寸效应显著提高了聚酰亚胺正极材料的比容量和充放电倍率性能。因而本专利技术提供的水性纳米的聚酰亚胺正极材料特别适用于制备高能量密度和高功率密度的柔性储能电池或可穿戴的储能电池。附图说明图1为实施例1中所制备的纳米聚酰亚胺正极材料的扫描电子显微镜照片。图2为实施例5中纳米聚酰亚胺正极材料组装成扣式电池的循环容量变化图。具体实施方式本专利技术提供一种聚酰亚胺正极材料及制备方法与应用、聚酰亚胺正极的制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种聚酰亚胺正极材料，其中，按质量百分比计，包括：5-40％的聚酰亚胺纳米粒子、0-4％的辅助分散剂和60-95％的水；所述聚酰亚胺纳米粒子具有如下结构式：其中，A1和A2独立地为芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基中的一种。优选地，所述A1具有如下结构式中的一种：优选地，所述A2具有如下结构式中的一种：本专利技术上述聚合度n为50-10000，特性粘数为1.0-3.0分升/克，所述聚酰亚胺纳米粒子的热分解温度为420℃以上。优选地，所述聚酰亚胺纳米粒子的平均尺寸范围为50-800纳米。优选地，所述辅助分散剂可以为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和聚丙烯酸钠等中的一种或两种。本专利技术提供的水性分散的聚酰亚胺正极材料，除了具有环保无污染的优点外，纳米尺寸效应显著提高了聚酰亚胺正极材料的比容量和充放电倍率性能。本专利技术还提供一种如上所述的聚酰亚胺正极材料的制备方法，其中，包括步骤：首先将聚酰亚胺纳米粒子球磨6～10小时(如8小时)；然后取出球磨后的聚酰亚胺纳米粒子，与辅助分散剂和水混合，接着研磨6～10小时(如8小时)，制备得到聚酰亚胺正极材料。本专利技术采用先球磨，后砂磨两段工艺，即可制备得到所述聚酰亚胺正极材料。本专利技术制备工艺简单，制备成本低，且对环境无污染。本专利技术还提供一种利用如上所述的聚酰亚胺正极材料制备聚酰亚胺正极的方法，其中，包括步骤：将如上所述聚酰亚胺正极材料、导电剂和水性粘结剂混合，并搅拌均匀；然后涂布在铝箔上，最后烘干水分，制备得到聚酰亚胺正极。优选地，按质量百分比为(50％-70％)：(20％-40％)：(5％-15％)，将所述聚酰亚胺正极材料、导电剂和水性粘结剂混合；优选地，所述水性粘合剂可以为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酸钠、丙烯酸酯乳液、聚四氟乙烯乳液和聚偏氟乙烯乳液等中的一种。本专利技术还提供一种如上所述的聚酰亚胺正极材料的应用，其中，将所述聚酰亚胺正极材料应用于锂离子二次电池或钠离子二次电池中。本专利技术使用该水性纳米的聚酰亚胺正极材料，除了具有环保无污染的优点外，纳米尺寸效应显著提高了聚酰亚胺正极材料的比容量和充放电倍率性能。因而本专利技术提供的水性纳米的聚酰亚胺正极材料特别适用于制备高能量密度和高功率密度的柔性储能电池或可穿戴的储能电池。本专利技术的聚酰亚胺正极在锂离子二次电池和钠离子电池中的充放电性能，倍率性能以及循环性能等以本领域常规的方法，即组装成扣式电池(2032型)进行充放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚酰亚胺正极材料，其特征在于，按质量百分比计，包括：5‑40％的聚酰亚胺纳米粒子、0‑4％的辅助分散剂和60‑95％的水；所述聚酰亚胺纳米粒子具有如下结构式：

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺正极材料，其特征在于，按质量百分比计，包括：5-40％的聚酰亚胺纳米粒子、0-4％的辅助分散剂和60-95％的水；所述聚酰亚胺纳米粒子具有如下结构式：其中，A1和A2独立地为芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基中的一种。2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺正极材料，其特征在于，所述n为50-10000。3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺正极材料，其特征在于，所述A1具有如下结构式中的一种：4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺正极材料，其特征在于，所述A2具有如下结构式中的一种：5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺正极材料，其特征在于，所述聚酰亚胺纳米粒子的平均尺寸范围为50-800纳米。6.根据权利要求1所述的聚酰亚胺正极材料，其特征在于，所述辅助分散剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和聚丙烯酸钠中的一种或两种。7.一种权利要求1～6任一项所述的聚酰亚胺正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：首...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，李辰，范洪波，魏文山，段若蒙，赵雁飞，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44