[发明专利]一种三苯胺衍生物聚合物作为锂离子电池正极材料的应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种聚三苯胺衍生物的导电聚合物在锂离子电池正极材料中的应用。

背景技术

随着人类社会的进一步发展，全球面临的能源问题、资源问题、环境问题也日趋严重。由于目前能源结构基本建构在石化然料（石油、煤炭、天然气）的基础之上，这不仅造成了资源的耗竭也污染了环境。而电能由于其清洁、安全和便利将在未来扮演着越来越重要的角色。因此，在未来具有良好可移动性和便捷储电供电方式的锂离子电池将以电能为基础的社会里起着举足轻重的作用。

传统的锂离子电池正极材料主要采用过渡金属氧化物，如氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂和钒的氧化物等。这些材料主要以贵金属为主，往往具有矿产资源有限、价格高、污染环境、制备成本高等缺陷。因此，为了人类社会的可持续发展，研究和发展新型高性能电化学电源以及材料就变得尤为关键。

导电聚合物由于其自身良好的导电性和电化学活性引起了人们的广泛关注。人们对聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等典型的导电聚合物作为正极材料的应用进行了一系列的探索和研究。这些聚合物正极材料虽然具有一定的比容量，但是也存在较大的缺陷。其中一个共同的缺陷就是没有明显的充放电平台，而且充放电循环性能差。而三苯胺材料由于其出色的空穴传递能力已在有机光电材料进行过广泛的研究。此外，J.K.Feng等对聚三苯胺材料在锂电池中也进行了研究，发现聚三苯胺具有明显的充放电平台、快速充放电能力以及良好的循环稳定性。但是聚三苯胺材料的最大缺陷就是颗粒大而且颗粒间团聚现象非常的明显，这限制了该材料电池性能的进一步提高。

发明内容

本发明的一个目的是通过在三苯胺三个对位引入噻吩来改善聚三苯胺材料的微观结构形貌。

本发明的一个目的是通过在三苯胺三个对位引入噻吩来改善聚三苯胺衍生物的充放电性能、循环稳定性以及电压平台。

本发明的另一个目的是提出一种新型的聚三苯胺衍生物锂离子电池聚合物正极材料。

本发明的再一个目的是提供一种应用有该聚三苯胺衍生物正极材料的锂离子电池。

本发明提出了一种新型的有机聚合物锂电池正极材料，该材料是一种含有三苯胺和噻吩结构的三苯胺衍生物聚合物，所述三苯胺衍生物聚合物化学结构如式I所示：

式I中，x=1、2或3，优选x=1或2，n代表平均聚合度，n为60~75。

具体的，当x=1，我们将其命名为PPT1N，PPT1N聚合物主链中三苯胺单元间含有3个噻吩单元；

当x=2，我们将其命名为PPT2N，PPT2N聚合物主链中三苯胺单元间含有6个噻吩单元；

当x=3，我们将其命名为PPT3N，PPT3N聚合物主链中三苯胺单元间含有9个噻吩单元。

本发明所述的三苯胺衍生物聚合物可作为锂离子电池正极材料，所述应用的方法为：以三苯胺衍生物聚合物为正极活性材料，与导电剂、粘结剂在有机溶剂中混合配成正极浆料，正极浆料均匀涂布到铝箔上，烘干得到正极极片，然后与负极，隔膜，有机电解液组成锂离子电池。这是本领域技术人员公知的锂离子电池的制备方法，负极可选用常用的锂离子电池负极形式，如锂片或石墨与粘结剂等配成负极浆料后涂覆铜箔上制成的负极极片，隔膜可选用PP膜或PE膜，有机电解液通常为六氟磷酸锂(LiPF₆)的有机溶液，组成锂离子电池可以为扣式电池正负极片卷绕制成商用锂离子电池的形式。负极、隔膜、有机电解液以及锂离子电池均可采用各种形式，但不影响本发明的保护范围。

更具体的，本发明将聚三苯胺衍生物作为锂电池的正极材料，具体应用方法如下：

a)称取粘结剂粉末1质量份使其分散在10质量份的N甲基吡咯烷酮溶剂中，密封搅拌，微加热得到粘结浆料。

b)称取4质量份乙炔黑、5质量份的三苯胺衍生物聚合物混合均匀，倒入a)中的粘结浆料中，再加入2~3质量份的N-甲基吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到正极浆料。

c)将正极浆料均匀涂布到铝箔上，置于烘箱中60℃真空干燥24h，得到正极片。

d)以c)中制备的正极片为正极，金属锂片为负极，1mol/L LiPF₆ EC/DMC(V/V，1:1)为电解液，PP膜为隔膜，在充满氩气的手套箱中组装得到扣式电池。

本发明所述三苯胺衍生物聚合物可按以下方法制备得到：