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或有机溶液中通过分散介质分散的导电聚合物。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或有机溶液中，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，导电聚合物包覆的量可以通过导电聚合物浓度与电极材料的配比来控制。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，具体涉及一种导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
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、混合不均匀、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 Sourcesl95，5351-5359，2010)。本专利技术中选用的导电聚合物聚二氧乙基噻吩(PED0T)，聚吡咯(PPy)，聚苯胺(PANI)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(PSS)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溶液的简单的浸溃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匀涂布，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提供一种利用高分子导电聚合物溶液浸溃包覆制备的高性能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，其制备方法工艺简单、有效，成本低廉，易于工业化实施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，所述高分子导电聚合物为易于在水和有机溶液中通过分散介质分散的导电聚合物。水溶液导电聚合物优选为聚(3，4-乙撑二氧噻吩)PED0T、聚苯胺PANI或聚吡咯PPy，分散介质选自聚苯乙烯磺酸(PSS)的水溶液，分别简写为PEDOT: PSS、PANI: PSS、PPyiPSS ;有机溶液导电聚合物优选为聚苯胺(翠绿亚胺盐)，分散介质为二甲苯，简写为PANI (xylene)。所述水溶液导电聚合物溶液中，PED0T:PSS水溶液固含量为0.9 I. 3wt%;PANI: PSS水溶液和PPy = PSS水溶液固含量为2 2. 2wt%。所述有机溶液导电聚合物中，聚苯胺(翠绿亚胺盐)的二甲苯溶液[PANI (xylene)]中聚苯胺(翠绿亚胺盐)在溶液中的质量比为2 3wt%。 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。通过对电极材料的高分子导电聚合物溶液的简单的浸溃处理获得高分子导电聚合物/电极材料复合的材料。本专利技术提供的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溶液中，通过浸溃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。制备方法简单，无需后续高温热处理。由于采用溶液浸泡方法，容易覆盖电极材料颗粒表面，因此包覆比较均匀，高分子导电聚合物薄膜跟电极材料粉体颗粒结合致密，并且由于高分子导电聚合物高导电性的特性，使包覆后的复合电极材料的导电性能以及电化学性能得到大大改善，获得具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的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，是以水或有机溶剂为分散介质，在超声分散作用下使得高分子导电聚合物在电极材料表层均匀覆盖，干燥后在电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物层。制备方法具体步骤为(I)将氨水或氢氧化锂水溶液逐滴加入到高分子导电聚合物的水溶液或有机溶液中，调节溶液的PH值，将溶液PH值调节至6-9 ；(2)将锂离子电池电极材料粉体加入步骤⑴配制的溶液中，超声分散，搅拌，使混合均勻；(3)将步骤⑵的混合液离心/过滤去掉多余的水溶液或有机溶液；此步骤可回收浸泡液，以降低成本；(4)将步骤⑶中获得的粉体烘干。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(I)中，所述高分子导电聚合物的水溶液是指PED0T:PSS、PANI:PSS、PPy:PSS,PEDOT:PSS水溶液固含量为0. 9 I. 3wt% ；PANI:PSS水溶液和PPy:PSS水溶液固含量为2 2. 2wt%。所述所述高分子导电聚合物的有机溶液是指聚苯胺(翠绿亚胺盐)的二甲苯溶液，聚苯胺(翠绿亚胺盐)在溶液中的质量比为2 3wt%。步骤(2)中，所用的锂离子电池电极材料可选用LiCoO2, LiNia5Mnh5O4,LiMn2O4,，LiFePO4及三元正极材料，或MoS2,石墨及Li4Ti5O12负极材料等电极材料，用量为0. r2g/mL ;所述高分子导电聚合物水溶液用量为PED0T:PSS水溶液用量为完全浸没粉体；PANI: PSS溶液或PPy: PSS溶液的用量按不同比例为锂离子电池电极材料与PANI = PSS或PPy = PSS的质量比为50-100:1 ;所述高分子导电聚合物有机溶液的用量为PANI (xylene)中二甲苯用量为使有机溶液液面浸没粉末，锂离子电池电极材料与聚苯胺(翠绿亚胺盐)的固体质量比为为100-200:1。超声分散时间优选为0. 2 3h。步骤(4)中粉体可在烘箱中烘干，亦可以使用旋转蒸发仪蒸干。与现有技术相比，本专利技术的优点在于I、本专利技术在室温水或有机溶液中进行，耗能少， 不需要惰性气体保护。2、本专利技术采用高分子导电聚合物溶液浸溃电极材料，混合物液体采用水或有机溶液，容易覆盖电极材料颗粒表面，包覆均匀，有利于提高电极材料的导电性能，获得复合电极材料的电化学性能和循环性能得到明显改善。3、本专利技术制备方法原料便宜，工艺简单，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工业推广，在锂离子电池上有很好的应用前景。。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。5、本专利技术也可以应用于其他电化学储能器件(如超级电容)和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.12.30 CN 201110459817.11.导电聚合物浸溃包覆的锂离子电池复合电极材料，其特征在于，在锂离子电池电极材料上浸溃包覆高分子导电聚合物，所述导电聚合物为易于在水或有机溶液中通过分散介质分散的导电聚合物。2.如权利要求I所述的导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料，其特征在于所述导电聚合物选自聚(3，4-乙撑二氧噻吩)，聚苯胺或聚吡咯，其分散介质为聚苯乙烯磺酸的水溶液；或者所述导电聚合物为聚苯胺翠绿亚胺盐，其分散介质为二甲苯。3.如权利要求I所述的导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料的制备方法，其特征在于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或有机溶液中，在超声分散作用下使得高分子导电聚合物在电极材料表层均匀覆盖，干燥后在电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物层，获得表面包覆的锂离子电池复合电极材料。4.如权利要求3所述的导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将氨水或氢氧化锂水溶液逐滴加入到导电聚合物的水溶液或有机溶液中，将溶液 PH值调节至6-9 ； (2)将锂离子电池电极材料粉体加入步骤(I)配制的溶液中，超声分散，搅拌使混合均匀； (3)将步骤(2)的混合液离心/过滤去掉多余的水溶液或有机溶液； (4)将步骤(3)中获得的粉体烘干。5.如权利要求4所述的导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中导电聚合物的水溶液是指PEDOT: PSS、P...
【专利技术属性】
技术研发人员：张灵志，赵欣悦，赵雪玲，王素清，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。