CN112186173A - 一种具有高倍率性能的负极、制备方法及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

一种具有高倍率性能的负极，包括负极集流箔和负极材料，负极材料包括氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT，负极集流箔上形成有一层氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT。与传统的锂离子电池的负极相比，本发明的负极材料是无粘结剂和无碳添加剂的，其在负极集流体上的粘接能力好。在本发明中作为负极材料的PEDOT用氯离子掺杂，使得PEDOT薄膜上形成有多孔纳米结构，使得锂离子电池在充电和放电过程中具有足够的离子通道，从而增加了锂离子电池的倍率性能。

Description

一种具有高倍率性能的负极、制备方法及锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的负极，尤其涉及一种具有高倍率性能的负极、制备方法及锂离子电池。
背景技术
当今世界，随着化石燃料的燃烧带来的环境污染以及全球变暖问题日趋严重，各国都在将基于化石燃料的经济模式向基于新能源为基础的经济模式转变，发展可再生能源和清洁能源是我国经济和社会发展的一项重大战略任务。社会的高速发展对高安全性、低成本储能技术的需求迫在眉睫。锂离子电池被认为是满足这些需求的最有希望的能量存储技术之一，并已经成功的应用在了便携式电子设备、插电式混合动力汽车和纯电动汽车中，有效的减少了城市运输过程中产生的二氧化碳排放量。
锂离子电池是一种通过化学反应将化学能转变为电能的装置，是能源储存与转化的重要方式之一，几乎在各领域均得到了广泛的应用，是缓解当今能源危机以及减少环境污染的重要产品。在二次电池中，锂离子电池由于具有工作电压高、循环寿命长、容量大、体积小、自放电小、无记忆效应及绿色环保污染少等优点，迅速成为当今便携式电子产品可充电源的首选。对于锂离子电池而言，负极材料对其容量具有决定性的作用，并与电池的成本、安全性能息息相关，负极材料己成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的关键因素。因此，新型锂离子电池负极材料的开发显得尤为重要。
导电聚合物是一种非常有前途的电极材料，原因在于，它具有快速的充电/放电特性，低成本，具有多种具有比各种金属氧化物和碳基超级电容器更优越的性能。在各种导电聚合物中，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT是最重要的共轭导电聚合物，目前已被研究用于许多领域，例如超级电容器，电池，显示设备，生物传感器，电致变色设备，光伏电池，太阳能电池，人造肌肉，催化剂载体，抗静电和防腐材料。目前，PEDOT被引入到锂离子电池的负极材料，然而由于PEDOT薄膜的孔隙在负极材料的应用上还是不够的，这就导致了，PEDOT薄膜运用到负极材料上后，导致锂离子电池的负极的倍率性能不佳，同时负极的比电容也存在达不到要求的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高倍率性能的负极、制备方法及锂离子电池。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种具有高倍率性能的负极，其特征在于：包括负极集流箔和负极材料，所述负极材料包括氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT，所述负极集流箔上形成有一层氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT。
上述的具有高倍率性能的负极，优选的，所述负极集流箔为石墨板，也可以是表面形成有石墨层的铜箔或者铝箔。
一种具有高倍率性能的负极的制备方法，包括以下步骤，
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑；
2)制备氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
①将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
②向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀后，发生聚合反应，聚合反应的温度为室温-100℃，反应时间为12-36小时；
③提纯，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的分散液；
④将步骤③得到的分散液，除湿，去除分散剂，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
3)将步骤2)得到的氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料均匀的涂覆在步骤1)的负极集流箔的表面，并且烘干，即得到负极材料。
本发明中，还提供一种高倍率性能的负极的制备方法，包括以下步骤，
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑；
2)将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
3)向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀；
4)用步骤1)的负极集流箔作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，在步骤3)的溶液中进行电化学沉积；电化学沉积的电压为1-2V，时间为5-20分钟；经过电化学沉积后在负极集流箔上沉积有一层PEDOT薄膜；
5)将步骤4)得到的负极集流箔在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；
6)烘干得到具有高倍率性能的负极。
一种锂离子电池，包括上述的具有高倍率性能的负极。
与现有技术相比，本发明的优点在于：与传统的锂离子电池的负极相比，本发明的负极材料是无粘结剂和无碳添加剂的，其在负极集流体上的粘接能力好。在本发明中作为负极材料的PEDOT用氯离子掺杂，使得PEDOT薄膜上形成有多孔纳米结构，使得锂离子电池在充电和放电过程中具有足够的离子通道，从而增加了锂离子电池的倍率性能。
附图说明
图1为实施例1制备的负极中氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的SEM图。
图2为用实施例1制备的负极组装成的锂离子电池的倍率性能图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种具有高倍率性能的负极，包括负极集流箔和负极材料，所述负极材料包括氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT，所述负极集流箔上形成有一层氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT。
本实施例中，负极集流箔为石墨板。
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑。在本实施例中，用砂纸对负极集流体进行打磨，打磨后的负极集流体要用乙醇和去离子水反复洗涤，去除表面的石墨和从砂纸上留下来的颗粒。
2)将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
3)向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀；
4)用步骤1)的负极集流箔作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，在步骤3)的溶液中进行电化学沉积；电化学沉积的电压为1-2V，时间为5-20分钟；经过电化学沉积后在负极集流箔上沉积有一层PEDOT薄膜；
5)将步骤4)得到的负极集流箔在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；在本实施例中，HCl溶液的浓度为6mol/L。在本发明中，用去离子水漂洗，并且浸入到HCl溶液中能够去除未反应的盐和铁离子。
6)烘干得到具有高倍率性能的负极。
在本实施例的电化学沉积过程中，带电荷的阳离子EDOT单体可以轻松地附着在石墨表面由于静电和π-π相互作用的机理而发生在PEDOT骨架和石墨表面之间。而且，相对较高电化学聚合过程中的聚合电位，石墨氧化并导致在石墨表面形成更多的电荷基团带电官能团充当电荷补偿抗衡离子，用于沉积粗石墨网络上的PEDOT层。
如图1所示，本实施例制备的负极中氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的SEM扫描图，在图中可以看出导电聚合物PEDOT薄膜中含有大量的多孔纳米结构，这种多孔结构在锂离子电池充电和放电的过程中作为离子通道，使得本实施例的负极具有高的倍率性能。
电解液为1mol·L-1LiPF6的EC(乙基碳酸酯)+DMC(二甲基碳酸酯)(体积比1:1)溶液。正极为将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料分别与导电剂乙炔黑、黏结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按照质量比8:1:1混合，用NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)将此混合物调制成浆料，均匀地涂附在铝箔集流体上，在100℃真空干燥12h，制得实验电池用正极片。采用本实施例制备出来的负极，一起组装成锂离子电池。图2为锂离子电池的倍率性能的测试结果。有图可以看出，本实施例的电池的倍率性能高。
在本实施例中，该提供一种具有高倍率性能的负极的制备方法，包括以下步骤，
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑；
2)制备氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
①将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
②向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀后，发生聚合反应，聚合反应的温度为室温-100℃，反应时间为12-36小时；
③提纯，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的分散液；
④将步骤③得到的分散液，除湿，去除分散剂，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
3)将步骤2)得到的氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料均匀的涂覆在步骤1)的负极集流箔的表面，并且烘干，即得到负极材料。

Claims (5)

1.一种具有高倍率性能的负极，其特征在于：包括负极集流箔和负极材料，所述负极材料包括氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT，所述负极集流箔上形成有一层氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT。
2.根据权利要求1所述的具有高倍率性能的负极，其特征在于：所述负极集流箔为石墨板，也可以是表面形成有石墨层的铜箔或者铝箔。
3.根据权利要求1或2所述的具有高倍率性能的负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑；
2)制备氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
①将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
②向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀后，发生聚合反应，聚合反应的温度为室温-100℃，反应时间为12-36小时；
③提纯，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的分散液；
④将步骤③得到的分散液，除湿，去除分散剂，得到氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料；
3)将步骤2)得到的氯离子掺杂的高分子导电聚合物PEDOT的浆料均匀的涂覆在步骤1)的负极集流箔的表面，并且烘干，即得到负极材料。
4.根据权利要求1或2所述的具有高倍率性能的负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将负极集流箔的表面打磨，使得负极集流箔的表面光滑；
2)将EDOT单体分散在乙醇溶液中，EDOT单体在乙醇溶液中的浓度为0.1-0.5mol/L；
3)向步骤①中的分散溶液加入0.2-0.3mol/L的FeCl3·6H2O溶液；体积比为1:1；搅拌均匀；
4)用步骤1)的负极集流箔作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，在步骤3)的溶液中进行电化学沉积；电化学沉积的电压为1-2V，时间为5-20分钟；经过电化学沉积后在负极集流箔上沉积有一层PEDOT薄膜；
5)将步骤4)得到的负极集流箔在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；
6)烘干得到具有高倍率性能的负极。
5.一种锂离子电池，其特征在于：包括权利要求1或2所述的具有高倍率性能的负极。
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