CN104362347B - 一种导电聚合物改性电极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电聚合物改性电极材料的制备方法，配置氧化剂有机溶液，加入纳米电极材料超声分散，通过旋涂法并加热形成一层有机膜，将其放入充满导电聚合物单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在20‑60℃，反应时间为0.5‑2个小时。本发明操作工艺简单易行，易实现工业规模生产。本方法改性的钛酸锂纳米电极材料的倍率性能及循环稳定性都显著提高，可以适用于应用在锂离子电池领域的各类纳米电极材料。

Description

一种导电聚合物改性电极材料的制备方法
技术领域
本发明属于新能源领域，特别是涉及一种导电聚合物改性电极材料的制备方法。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭和自然环境的不断恶化，人们对绿色能源的开发和利用表现出前所未有的关注。开发出更加环境友好、可循环利用、高效率的新能源是近年国内外研究的热点问题。其中锂离子电池是代表未来发展方向的绿色能源，以其高能量和高功率密度在移动电子产品市场占有统治地位。同时，锂离子电池在储能和电动汽车市场均表现出广泛的应用前景如今锂离子二次电池在储能电池市场占主导地位，大量应用于笔记本电脑、手机、数码相机等便携式电子产品上。
目前尖晶石型钛酸锂作为一种零应变高安全性负极材料，是未来替代传统碳负极材料的候选材料之一，具有深入研究的价值。东芝更是凭借负极使用钛酸锂的锂离子可充电池“SCiB”开始涉足产业用充电电池业务。但钛酸锂较低的电导率导致高倍率性能差，加上不可忽略的气胀问题，若应用于动力车、大型储能电池等领域会受到极大的限制。
导电聚合物 (如聚吡咯、聚噻吩等)是一类具有广泛应用前景的功能高分子材料，具有原料廉价易得、合成简单、电导率高等优点。由于其可逆的氧化还原过程（掺杂/去掺杂），导电聚合物具有优异的电化学性能，常被应用在储能领域。研究者成功通过原位化学法在磷酸铁锂纳米颗粒表面包覆一层聚吡咯膜，该改性材料表现的倍率性能和高温循环稳定性都显著提高。这是由于聚吡咯膜不仅为磷酸铁锂提供良好的导电通道，缩短了电子传递的路径，而且也防止了材料与电解液的直接接触，改善了电极材料在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出引起的结构破坏，提高了电极材料的循环寿命。(Y. Yang etal.electrochemistry communications, 2009, (11) 1277-1280) 但是在溶液中进行的原位化学法并不能保证纳米材料颗粒表面被导电聚合物完全包覆其厚度均一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，采用气相聚合的方法在钛酸锂纳米材料表面均匀包覆一层导电聚合物膜，进一步提高材料的电导性与循环稳定性。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种导电聚合物改性电极材料的制备方法，其中导电聚合物包括聚吡咯、聚3,4-乙二氧基噻吩、聚苯胺，利用气相聚合的方法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，其特征在于，配置氧化剂有机溶液，加入纳米电极材料超声分散，通过旋涂法并加热形成一层有机膜，将其放入充满导电聚合物单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在20-60℃，反应时间为0.5-2个小时。
所述氧化剂有机溶液中，氧化剂为对甲苯磺酸铁、氯化铁、过硫酸钠中的一个或其组合，浓度为10-40 wt%，有机溶剂为乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺中的一个或其组合，溶液中添加剂为聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)、吡啶中的一个或两个。
本方法改性的钛酸锂纳米电极材料的倍率性能及循环稳定性都显著提高，可以适用于应用在锂离子电池领域的各类纳米电极材料。
有益效果
(1) 提高钛酸锂电极材料的导电性，缩短了电子在材料中的传递路径，提升电化学性能。
(2) 导电聚合物在活性电极材料表面的包覆，改善了电极材料在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出引起的结构破坏，提高了电极材料的循环寿命。
附图说明
图1是实施例一所制备导电聚合物包覆的纳米材料的示意图。
其中1-导电聚合物，2-真空泵，3-待包覆样品。
图2是实施例一所制备聚3,4-乙二氧基噻吩包覆的钛酸锂纳米材料的透射电镜图。
图3是实施例一所制备聚3,4-乙二氧基噻吩包覆的钛酸锂纳米材料电极在锂离子电池中的充放电曲线。
图4是实施例一所制备聚3,4-乙二氧基噻吩包覆的钛酸锂纳米材料电极在锂离子电池中的循环性能图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，以下实施例不对本发明产生限制。
实施例一：
配置10 wt%的对甲苯磺酸铁乙醇溶液，加入钛酸锂纳米材料超声分散，通过旋涂法并加热在玻璃片上形成一层有机膜，将其放入充满吡咯单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在20℃，反应时间为0.5个小时。
实施例二：
配置20 wt%的对甲苯磺酸铁异丙醇溶液 (含1 wt%的聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇))，加入钛酸锂纳米材料超声分散，通过旋涂法并加热在玻璃片上形成一层有机膜，将其放入充满3,4-乙二氧基噻吩单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在60℃，反应时间为1个小时。
实施例三：
配置30 wt%的氯化铁乙醇溶液 (含1 wt%的吡啶)，加入钛酸锂纳米材料超声分散，通过旋涂法并加热在玻璃片上形成一层有机膜，将其放入充满3,4-乙二氧基噻吩单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在60℃，反应时间为2个小时。
实施例四：
配置40 wt%的对甲苯磺酸铁异丙醇溶液 (含1 wt%的吡啶)，加入钛酸锂纳米材料超声分散，通过旋涂法并加热在玻璃片上形成一层有机膜，将其放入充满吡咯单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在25℃，反应时间为1.5个小时。

Claims (1)

1.一种导电聚合物改性钛酸锂电极材料的制备方法，其中导电聚合物包括聚吡咯、聚3,4-乙二氧基噻吩或聚苯胺，利用气相聚合的方法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，其特征在于，配置氧化剂有机溶液，加入纳米电极材料超声分散，通过旋涂法并加热形成一层有机膜，将其放入充满导电聚合物单体气氛的密闭容器中，通过气相聚合法在纳米电极材料表面均匀包覆一层导电聚合物，反应温度控制在20-60℃，反应时间为0.5-2个小时；
所述氧化剂有机溶液中，氧化剂为对甲苯磺酸铁、氯化铁、过硫酸钠中的一个或其组合，浓度为10-40 wt%，有机溶剂为乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺中的一个或其组合，溶液中添加剂为聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)、吡啶中的一个或两个。
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