本发明专利技术提供了一种导电聚合物浸渍包覆的锂离子电池复合电极材料及其制备方法。所述复合电极材料在锂离子电池电极材料上包覆高分子导电聚合物，所述导电聚合物为易于在水溶液中分散的导电聚合物，分散介质使用聚苯乙烯磺酸等分散剂的水溶液。其制备是将锂离子正极材料或负极材料浸泡到高分子导电聚合物的水溶液中，通过浸渍包覆处理，获得表面包覆的锂离子电池复合电极材料。本发明专利技术制备原料便宜，所述新型复合电极材料表面包覆均匀，具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命。与之前的技术相比，其制备方法工艺简单，成本低廉，效果好，生产过程绿色环保，易于工业推广，这种方法便于大规模工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池电极材料的加工领域，具体涉及一种。技术背景锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、体积小、使用寿命长、无记忆效果、少污染以及自放电率小等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池，一致被认为是各种便携式电子设备及电动汽车用最为理想的电源。发展高性能锂离子电池的关键技术是电极材料的研发，常用的正极材料有 LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4，LiNia5Mr^5O4 等，负极材料有石墨，Li4Ti5O12 等，其中除了石墨外， 其他电极材料都存在电子电导低的问题。目前为了提高电导率，通常采用表面包覆和添加导电添加剂的办法。目前在表面碳包覆方法上，通常存在操作时间长、混合不均勻、后续热处理温度高、需要惰性气体保护等缺点。近年来，导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等，由于其自身电导率高、晶格弹性好等， 也被尝试作为锂离子电池电极材料的复合/表面包覆对象，如聚吡咯通过电化学聚合与 LiFePO4形成复合电极材料(J.Power Sources 195，5351-5359，2010)。本专利技术中选用的导电聚合物聚二氧乙基噻吩(PEDOT)，由于其广泛的应用前景，已经引起了人们的高度关注。其中的掺杂态具有电导率高、在空气中结构和电导率高度稳定等卓越性能因而成为导电高分子新的研究热点。本征态的PEDOT导电性很差，而且不熔不溶，聚对苯乙烯磺酸(PSQ根阴离子掺杂的可以分散溶解在水溶液中，涂布成膜后在空气中非常稳定，同时具有高电导率，且其水溶液可以进一步加工处理，因而大大地促进了 PEDOT的应用。直到目前为止，PEDOT或PED0T:PSS主要被用来作为锂离子电池的正极材料(Electrochim. Acta, 53 (2008) :8319-8323)，或是作为正极的复合材料进行相关的研究(Electrochem. Commun. ,4(2002) :545-549)。或者通过EDOT单体电化学聚合，工艺步骤麻烦，难以量产往工业化推广(J.Power Sources，157 (2006) 457-463)。因此，可以通过对电极材料的 PED0T:PSS溶液的简单的浸渍处理获得高分子导电聚合物/电极材料复合的材料，从而改进电极材料的导电性，这种方法也适用于其他导电聚合物溶液；同时，也可解决纳米级电极粉末材料易于团聚的问题，加工电极片时易于均勻涂布，从而提高电极材料的放电容量及循环稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用导电聚合物及其水溶液分散剂作为电极材料的包覆层，提供一种高性能的锂离子电池复合电极材料。本专利技术同时提供了上述复合电极材料的制备方法，其制备方法工艺简便和生产过程绿色环保。本专利技术复合电极材料是在锂离子电池电极材料上包覆高分子导电聚合物，所述导电聚合物为易于在水溶液中分散的导电聚合物，优选为聚(3，4-乙撑二氧噻吩)，聚苯胺或聚吡咯等，分散介质使用聚苯乙烯磺酸(PSQ或对甲苯磺酸等分散剂的水溶液。所述复合电极材料先通过简单的浸渍法在商品电极材料粉体表面包覆一薄层的 PED0T:PSS薄膜，所制备复合材料中电极材料表层均勻包覆高分子导电聚合物，由于高分子导电聚合物高导电性的特性，使得复合电极材料的导电性能以及电化学性能得到大大改口 ο所述的高分子导电聚合物包覆复合电极材料中活性物质为现有商品的电极材料 (包括 LiCoO2, LiNi0.5MnL504, LiMn2O4, Li4Ti5O12, LiFePO4,MoS2 等)，为使复合材料易于制备， 使用聚苯乙烯磺酸(PSQ水溶液为聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)的分散剂。通过对电极材料的PED0T:PSS水溶液的简单的浸渍处理获得高分子导电聚合物/电极材料复合的材料。 由于采用水溶液浸泡，容易覆盖电极材料颗粒表面，因此包覆比较均勻，高分子导电聚合物薄膜跟电极材料粉体颗粒结合致密。本专利技术高分子导电聚合物包覆锂离子电极材料的制备原理是将锂离子正极材料或负极材料浸泡到高分子导电聚合物的水溶液中，通过浸渍包覆这种简单的工艺处理，获得表面包覆的锂离子电池复合电极材料。通过简单PEDOT PSS水溶液浸渍处理锂离子电池电极材料进行高分子导电聚合物包覆，无需后续高温热处理，获得表面包覆均勻的，改进的具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池复合电极材料。本专利技术高分子导电聚合物包覆复合电极材料的制备，是以水为分散介质，在超声分散作用下使得PEDOT PSS在电极材料表层均勻覆盖，干燥后在电极材料表面均勻包覆一层导电聚合物层。制备方法具体步骤为(1)将氨水逐滴加入到现有PEDOT PSS溶液中调节溶液的pH值，将溶液PH值调节至 6-9 ；所述PEDOTPSS溶液固含量为0. 1 8%，优选为0. 9% 1. 3%，PEDOT与PSS的质量比为1:2;(2)将现有商品锂离子电池电极材料粉体加入步骤(1)得到的溶液中，超声分散， 搅拌均勻；(3)将步骤O)的悬浊液离心/过滤去掉多余的水溶液；此步可回收浸泡液，以降低成本；(4)将步骤(3)中获得的粉体在烘箱中烘干。制备过程中，通过调节反应物的添加量，超声分散的时间，反应液的pH值来获得最佳产物。优选参数范围如下步骤O)中，所用的锂离子电池电极材料为LiCoO2, LiNi0.5MnL 504，LiMn2O4， LiFePO4, Li4Ti5O12或MoS2等正负极材料，用量为0. 1 2g/mL。加入的PEDOT PSS溶液用量需要将所述电极粉体浸没，超声分散/搅拌均勻；超声分散时间为0. l-3h ；步骤⑷中，粉体可在烘箱中80 120°C烘M小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果1，本专利技术在室温水溶液中进行，耗能少，不需要惰性气体保护。2，包覆液体采用水溶液，容易覆盖电极材料颗粒表面，包覆均勻。有利于提高电极材料的导电性能。通过包覆后，电极材料的电化学性能和循环性能得到明显改善。3，本专利技术中电极材料的复合加工处理步骤简单明了，易于操作，对设备要求不高， 不需要后续的高温热处理，成本低廉易于大规模商业应用。4，本专利技术中对电极材料的加工处理过程中无有毒有害的中间产物生成，生产过程绿色环保。本专利技术中提出采用PED0T:PSS水溶液表面包覆浸渍锂离子电池电极材料来获得高性能的新型复合电极材料，表面包覆均勻，具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命。与之前的技术相比，其制备方法原料便宜，工艺简单，成本低廉，效果好，易于工业推广，这种方法便于大规模工业化生产，在锂离子电池上有很好的应用前景。本也可以应用于其他电化学储能器件(如超级电容)和有机太阳能电池(如染料敏化太阳嫩电池中T^2电极)中电极材料与导电聚合物复合。附图说明图1为本专利技术实施例3样品PED0T:PSS包覆前后的傅立叶转换红外光谱图，为 LiMn2O4 和 LiMn204/PED0T:PSS 的红外光谱图。图2为本专利技术实施例6样品PEDOTPSS包覆前后的X射线衍射图，为Mc^2和Mc^2/ PEDOT PSS的X射线衍射谱图。图3(a_e)为本专利技术实施例1_6样品所制备电极在C/10的充放电电流密度下的前三次充放电电压平台曲线，图3(a)为LiCo02/PED0T:PSS，图3(b)为LiNia5Mr^5O本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张灵志，王素清，赵雪玲，赵欣悦，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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