一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法，配置氧化劑有機溶液，加入納米電極材料超聲分散，通過旋涂法并加熱形成一層有機膜，將其放入充滿導(dǎo)電聚合物單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在20-60℃，反應(yīng)時間為0.5-2個小時。本發(fā)明操作工藝簡單易行，易實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。本方法改性的鈦酸鋰納米電極材料的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性都顯著提高，可以適用于應(yīng)用在鋰離子電池領(lǐng)域的各類納米電極材料。
【專利說明】一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域，特別是涉及一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的日益枯竭和自然環(huán)境的不斷惡化，人們對綠色能源的開發(fā)和利用表現(xiàn)出前所未有的關(guān)注。開發(fā)出更加環(huán)境友好、可循環(huán)利用、高效率的新能源是近年國內(nèi)外研究的熱點問題。其中鋰離子電池是代表未來發(fā)展方向的綠色能源，以其高能量和高功率密度在移動電子產(chǎn)品市場占有統(tǒng)治地位。同時，鋰離子電池在儲能和電動汽車市場均表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景如今鋰離子二次電池在儲能電池市場占主導(dǎo)地位，大量應(yīng)用于筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機等便攜式電子產(chǎn)品上。
[0003]目前尖晶石型鈦酸鋰作為一種零應(yīng)變高安全性負極材料，是未來替代傳統(tǒng)碳負極材料的候選材料之一，具有深入研究的價值。東芝更是憑借負極使用鈦酸鋰的鋰離子可充電池“SCiB”開始涉足產(chǎn)業(yè)用充電電池業(yè)務(wù)。但鈦酸鋰較低的電導(dǎo)率導(dǎo)致高倍率性能差，力口上不可忽略的氣脹問題，若應(yīng)用于動力車、大型儲能電池等領(lǐng)域會受到極大的限制。
[0004]導(dǎo)電聚合物(如聚吡咯、聚噻吩等)是一類具有廣泛應(yīng)用前景的功能高分子材料，具有原料廉價易得、合成簡單、電導(dǎo)率高等優(yōu)點。由于其可逆的氧化還原過程(摻雜/去摻雜)，導(dǎo)電聚合物具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，常被應(yīng)用在儲能領(lǐng)域。研究者成功通過原位化學(xué)法在磷酸鐵鋰納米顆粒表面包覆一層聚吡咯膜，該改性材料表現(xiàn)的倍率性能和高溫循環(huán)穩(wěn)定性都顯著提高。這是由于聚吡咯膜不僅為磷酸鐵鋰提供良好的導(dǎo)電通道，縮短了電子傳遞的路徑，而且也防止了材料與電解液的直接接觸，改善了電極材料在充放電過程中由于鋰離子的嵌入和脫出引起的結(jié)構(gòu)破壞，提高了電極材料的循環(huán)壽命。(Y.Yang etal.electrochemistry communicat1ns, 2009, (11) 1277-1280)但是在溶液中進行的原位化學(xué)法并不能保證納米材料顆粒表面被導(dǎo)電聚合物完全包覆其厚度均一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，采用氣相聚合的方法在鈦酸鋰納米材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物膜，進一步提高材料的電導(dǎo)性與循環(huán)穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法，其中導(dǎo)電聚合物包括聚吡咯、聚3，4-乙二氧基噻吩、聚苯胺，利用氣相聚合的方法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，其特征在于，配置氧化劑有機溶液，加入納米電極材料超聲分散，通過旋涂法并加熱形成一層有機膜，將其放入充滿導(dǎo)電聚合物單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在20-60°C，反應(yīng)時間為0.5-2個小時。
[0007]所述氧化劑有機溶液中，氧化劑為對甲苯磺酸鐵、氯化鐵、過硫酸鈉中的一個或其組合，濃度為10-40 wt%，有機溶劑為乙醇、異丙醇、二甲基甲酰胺中的一個或其組合，溶液中添加劑為聚(乙二醇)_聚(丙二醇)_聚(乙二醇)、吡啶中的一個或兩個。
[0008]本方法改性的鈦酸鋰納米電極材料的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性都顯著提高，可以適用于應(yīng)用在鋰離子電池領(lǐng)域的各類納米電極材料。
[0009]有益效果
(I)提高鈦酸鋰電極材料的導(dǎo)電性，縮短了電子在材料中的傳遞路徑，提升電化學(xué)性倉泛。
[0010](2)導(dǎo)電聚合物在活性電極材料表面的包覆，改善了電極材料在充放電過程中由于鋰離子的嵌入和脫出引起的結(jié)構(gòu)破壞，提高了電極材料的循環(huán)壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是實施例一所制備導(dǎo)電聚合物包覆的納米材料的示意圖。
[0012]其中1-導(dǎo)電聚合物，2-真空泵，3-待包覆樣品。
[0013]圖2是實施例一所制備聚3，4-乙二氧基噻吩包覆的鈦酸鋰納米材料的透射電鏡圖。
[0014]圖3是實施例一所制備聚3，4-乙二氧基噻吩包覆的鈦酸鋰納米材料電極在鋰離子電池中的充放電曲線。
[0015]圖4是實施例一所制備聚3，4-乙二氧基噻吩包覆的鈦酸鋰納米材料電極在鋰離子電池中的循環(huán)性能圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明，以下實施例不對本發(fā)明產(chǎn)生限制。
[0017]實施例一:
配置10 wt%的對甲苯磺酸鐵乙醇溶液，加入鈦酸鋰納米材料超聲分散，通過旋涂法并加熱在玻璃片上形成一層有機膜，將其放入充滿吡咯單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在20°C，反應(yīng)時間為0.5個小時。
[0018]實施例二:
配置20 wt%的對甲苯磺酸鐵異丙醇溶液(含I wt%的聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇))，加入鈦酸鋰納米材料超聲分散，通過旋涂法并加熱在玻璃片上形成一層有機膜，將其放入充滿3，4-乙二氧基噻吩單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在60°C,反應(yīng)時間為I個小時。
[0019]實施例三:
配置30 wt%的氯化鐵乙醇溶液(含I wt%的吡啶)，加入鈦酸鋰納米材料超聲分散，通過旋涂法并加熱在玻璃片上形成一層有機膜，將其放入充滿3，4-乙二氧基噻吩單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在60°C，反應(yīng)時間為2個小時。
[0020]實施例四:
配置40 wt%的對甲苯磺酸鐵異丙醇溶液(含I wt%的吡啶)，加入鈦酸鋰納米材料超聲分散，通過旋涂法并加熱在玻璃片上形成一層有機膜，將其放入充滿吡咯單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在25°C，反應(yīng)時間為1.5個小時。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法，其中導(dǎo)電聚合物包括聚吡咯、聚3，4-乙二氧基噻吩、聚苯胺，利用氣相聚合的方法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，其特征在于，配置氧化劑有機溶液，加入納米電極材料超聲分散，通過旋涂法并加熱形成一層有機膜，將其放入充滿導(dǎo)電聚合物單體氣氛的密閉容器中，通過氣相聚合法在納米電極材料表面均勻包覆一層導(dǎo)電聚合物，反應(yīng)溫度控制在20-601，反應(yīng)時間為0.5-2個小時。
2.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電聚合物改性電極材料的制備方法，其特征在于，所述氧化劑有機溶液中，氧化劑為對甲苯磺酸鐵、氯化鐵、過硫酸鈉中的一個或其組合，濃度為10-40被％，有機溶劑為乙醇、異丙醇、二甲基甲酰胺中的一個或其組合，溶液中添加劑為聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇〉、吡啶中的一個或兩個。
【文檔編號】H01M4/62GK104362347SQ201410615014
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 楊揚, 張春明, 賀曠馳, 黃昭, 王丹, 吳曉燕, 嚴鵬 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司