基于聚合物接枝改性的高强度正极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于聚合物接枝改性的高强度正极及其制备方法和应用，以正极聚合物材料、导电剂、粘结剂为主要原料通过化学复合作用而成，其中正极聚合物材料、导电剂、粘结剂质量比为6：20：1。本发明专利技术采用原位的交联接枝聚合策略，能够实现良好的接触形成稳定的化学键，从而提高正极机械强度。本发明专利技术制备的正极具有良好的电化学稳定性、热力学稳定性以及良好的离子导电率为聚合物整机的制备和优化提供了新的思路有利于固态结构电池实现全产业化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
基于聚合物接枝改性的高强度正极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于是全固态电池
，涉及一种基于聚合物接枝改性的高强度正极及其制备方法和应用，具有优良机械性能与高离子电导率的聚合物正极，通过接枝共聚高强度聚合物，形成高机械强度网络加快离子导通率的正极。

技术介绍

[0002]自然资源的日渐枯竭，全球碳达峰碳中和计划的推进，使电池再次受到人们的重视，但传统的电池体积较大，并且十分沉重，在其应用过程中往往需要单独为其设计承重结构，并且其电芯所采用的材料决定了传统的电池无法承受高强度压力与冲击，因此在实际生产、生活中经常发生电池破损、泄漏等安全事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术以聚合物正极为研究对象，提供了一种操作简单、性能优异的高电导率、高机械强度的聚合物基固态正极及其制备方法。本专利技术的制备的聚合物基正极具备良好的机械强度、电化学性能稳定、热力学稳定性好并且具有高离子电导率。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]基于聚合物接枝改性的高强度正极，以正极活性聚合物质、导电剂构成，省去了传统中正极材料制备中所需要的粘结剂，节省了成本。
[0006]基于聚合物接枝改性的高强度正极，制备方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、正极聚合物的制备
[0008](1.1)将正极材料、聚合物单体搅拌均匀后加入乙醇经过磁力搅拌机充分搅拌3～4小时。
[0009]正极活性材料包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)、二疏基
‑
噻二脞(DMCT)、三聚硫氰酸(TTCA)、四硫基
‑
乙二胺(TTEA)中其中一种。
[0010]其中聚合物单体为聚乙炔(PDB)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚环氧乙烷(PEO)、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺中的一种。
[0011](1.2)搅拌完成后取出容器待乙醇挥发后，将混合物在80～100℃保温烘干10h，将烘干的混合物磨粉待用。
[0012](1.3)加入浓度为4％硅烷偶联剂、乙醇，强烈搅拌5～8h，其中硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602中的一种。
[0013](1.4)加入交联剂和引发剂，在保护气氛环境下剧烈搅拌同时在紫外光照射下经过表面改性的正极活性材料和聚合物单体发生交联作用，正极材料于聚合物单体间形成稳定的共价键组成了高机械强度网络，其中交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、四(3
‑
巯基丙酸)季戊四醇酯、异氰酸酯中一种，引发剂为2,2
‑
二甲氧基2
‑
苯基苯乙
酮、偶氮异丁腈(AIBN)中的一种；
[0014](1.5)将(1.4)中得到的正极材料在100℃下保温烘干，磨粉待用。
[0015]步骤二、正极制备
[0016](2.1)向容器中加入粘结剂、导电剂，以及步骤一中得到的经过改性接枝聚合后的正极活性聚合物质，混合搅拌4h以上。正极活性聚合物质、粘结剂、导电剂的质量比为6：20：1；
[0017](2.2)将(2.1)中的材料均匀涂覆在集流体上，在60～80℃条件下烘干6
‑
10h，将烘干的正极裁切成条即完成高强度正极的制备。
[0018]本专利技术获得的基于聚合物接枝改性的高强度正极，用于作为固态电池的电极材料。
[0019]相比于现有的技术，本专利技术具有以下优点：
[0020]1、本专利技术方法使用范围广，适用于大多数正极活性材料改性制备成高强度的正极。
[0021]2、本专利技术通过对正极活性材料改性，不仅可以与聚合物接枝，也可以使得正极活性物质均匀分散，提高聚合物正极的离子电导率。
[0022]3、本专利技术所采用的接枝改性策略能够大幅度提升正极的机械强度，这有助于全固态聚合物电池的长循环性能，进一步提高锂金属在二次电池中的应用。
[0023]4、本专利技术为聚合物正极以及全聚合物固态电池的制备和产业化提供了新的思路，有利于全固态电池实现产业化。
[0024]5、高强度聚合物正极的采用大幅提高电池的安全性和可靠性，同时也提高了所采用该电池的相关产品的安全性。
附图说明
[0025]图1为正极聚合物制备流程图；
[0026]图2为实施例2中所述正极制备成电池后的循环性能图；
[0027]图3为实施例2中所述正极制备成电池后的充放电曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围内。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示的流程，本实施例提供了一种基于聚合物接枝改性的高强度正极制备方法，具体制备步骤如下：
[0031](1)将1.5g的镍钴锰酸锂(NCM)、5g聚偏二氟乙烯(PVDF)添加到50ml乙醇中充分搅拌3h，将搅拌完成的混合物静置待乙醇挥发，然后将混合物放置在80～100℃的烘箱中烘干10h，将烘干的材料放置于行星球磨机中磨粉待用。
[0032](2)向步骤(1)中得到的混合粉中加入硅烷偶联剂KH570(MPS)，在磁力搅拌器中搅拌5h，在硅烷偶联剂的作用下，镍钴锰酸锂表面发生改性，生成具有双键的离子。
[0033](3)将步骤(2)中得到的改性后的镍钴锰酸锂(NCM)中加入过氧化二异丙苯(DCP)作为交联剂，2,2
‑
二甲氧基2
‑
苯基苯乙酮作为光引发剂，在保护气氛下剧烈搅拌同时用紫外光照射10min，使具有双键的镍钴锰酸锂离子和PVDF表面官能团发生聚合形成高机械强度网络，其中交联剂加入量为镍钴锰酸锂(NCM)质量的20％，引发剂用量为镍钴锰酸锂(NCM)质量的3％；
[0034](4)将聚合后的正极活性材料在100℃下保温烘干，磨粉待用。
[0035](5)在容器中加入10gCMC、0.5gsurP以及3g改性聚合之后的镍钴锰酸锂(NCM)搅拌5h，超声分散15min，则聚合物基的正极浆料制备完成。
[0036](6)将浆料均匀的涂覆在铝箔上，并在60～80℃条件下烘干6
‑
10h即可得到基于聚合物的高强度正极。
[0037]实施例2
[0038](1)将3g的磷酸铁锂(LFP)、10g聚丙烯腈(PAN)添加到50ml乙醇中充分搅拌3h，将搅拌完成的混合物静置待乙醇挥发，然后将混合物放置在80～100℃的烘箱中烘干10h，将烘干的材料放置于行星球磨机中磨粉待用。
[0039](2)向(1)中得到的混合粉中加入硅烷偶联剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于聚合物接枝改性的高强度正极的制备方法，其特征在于，由正极活性聚合物质、导电剂制成。2.根据权利要求1所述的基于聚合物接枝改性的高强度正极，其特征在于，制备方法具体包括以下步骤：步骤一、正极聚合物的制备(1.1)将正极材料、聚合物单体搅拌均匀后加入乙醇经过磁力搅拌机充分搅拌3～4小时；(1.2)搅拌完成后取出容器待乙醇挥发后，将混合物在80～100℃保温烘干10h，将烘干的混合物磨粉待用。(1.3)加入浓度为4％硅烷偶联剂、乙醇，强烈搅拌5～8h；(1.4)加入交联剂和引发剂，在保护气氛环境下剧烈搅拌同时在紫外光照射下经过表面改性的正极活性材料和聚合物单体发生交联作用，正极材料于聚合物单体间形成稳定的共价键组成了高机械强度网络；(1.5)将(1.4)中得到的正极材料在100℃下保温烘干，磨粉待用；步骤二、正极制备(2.1)向容器中加入粘结剂、导电剂，以及步骤一中得到的经过改性接枝聚合后的正极活性聚合物质，混合搅拌4h以上；(2.2)将(2.1)中的材料均匀涂覆在集流体上，在60～80℃条件下烘干6
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10h，将烘干的正极裁切成条即完成高强度正极的制备。3.根据权利要求2所述的基于聚合物接枝改性的高强度正极，其特征在于，步骤(1.1)中，正极活性材料包括钴酸锂LCO、锰酸锂LMO、磷酸铁锂LFP、三元材料镍钴锰酸锂NCM和镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家钧，雷小洪，安汉文，朱葛，臧龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：