[发明专利]一种多金属氧酸锂盐聚合物锂离子电池用电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用的电极材料，尤其涉及一种多金属氧酸锂盐聚合物锂离子电池用电极材料。

背景技术

随着全球石油资源的严重不足，环境污染问题日益加重，对大规模清洁能源的需求越来越大，但太阳能，风能等清洁能源在时间、空间上分布不均匀，必须利用大规模储能系统来保障电网的稳定性和电力供应的连续性。锂电池作为一种有效的能量转换和能量存储设备，自发明以来一直倍受到关注，其工作电压高、能量密度大、比能量高、比功率大、放电平稳、无记忆效应等特点广泛应用于各种电子产品。虽然锂电池在3C产品中取得了很大成功，但其在动力应用和储能领域仍处于起步阶段，制约其发展的关键因素是电极材料，目前主要应用于动力和储能领域的正极材料是磷酸铁锂，磷酸铁锂相比于其它正极材料有热稳定性和安全性的优势，但由于其内部晶格限制，导电性较差，无法满足大电流充放电的需求。导电聚合物由于其良好的导电性，作为新型的电极材料，在近几年得到很大发展，常见的导电聚合物主要有聚苯胺，聚吡咯等，这两种导电聚合物由于跟磷酸铁锂有非常接近的充放电区间， 未来会成为锂电正极材料的主流。虽然导电聚合物有良好的电子导通性，但锂离子在其中的迁移率仍有待提高，难以满足对电子传输和锂离子传输的双重要求。

另有中国专利公告号为：CN102723491A，公告日为2012年10月10日，公开了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。该专利通过在电极材料上包覆高分子导电聚合物，相比于未包覆的电极材料，提高了电子的传输速率，在一定程度上有利于降低电池的内阻。但电池内阻的决定因素不仅仅依赖于电子的传输速率，还依赖于锂离子的传输速率，是二者共同作用的结果，在大电流情况下，两者的共同作用显得更为重要。如何在提高电子传输速率的前提下，还能保证锂离子的传输速率，为本发明重点解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种多金属氧酸锂盐聚合物锂离子电池用电极材料及其制备方法，通过该方法制备的电极材料既提高了锂离子传输特性，又提高了电子的传输特性，满足了电极材料对锂离子传输和电子传输的双重要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多金属氧酸锂盐聚合物锂离子电池用电极材料，其特征在于：所述电极材料由多金属氧酸锂盐氧化聚合单体合成。

所述单体为苯胺、吡咯中的任一种或两种的混合物。

所述多金属氧酸锂盐为Li₃XY₁₂O₄₀，Li₄XY₁₂O₄₀中的一种或者多种的混合物；其中X指P、Si两种元素中的任意一种；Y指Mo、W两种元素中的任意一种。

所述的多金属氧酸锂盐聚合物锂离子电池用电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1) 分别配制多金属氧酸锂盐水溶液和单体水溶液；

(2) 将多金属氧酸锂盐水溶液加入导电聚合物单体水溶液中，反应1-24小时，得沉淀物； 

(3) 将所述沉淀物进行洗涤；

(4) 将洗涤后的沉淀物干燥，得到电极材料。

所述步骤（1）中多金属氧酸锂盐与单体的摩尔比为1：1.5--4。

所述步骤（2）中多金属氧酸锂盐水溶液逐滴加入导电聚合物单体水溶液中，在25--35℃下，反应4-10小时。

所述步骤（3）中对沉淀物洗涤，其洗涤方式：先用蒸馏水，然后用酒精。

所述步骤（4）中洗涤后的沉淀物置于40-200℃ 真空干燥箱中干燥2-10小时，得到电极材料。

本发明具有以下优点：

1、本发明的电极材料中聚合物采用多金属氧酸锂盐氧化聚合单体合成，通过氧化聚合单体形成的聚合物，多金属氧酸锂盐会通过掺杂的形式嵌入聚合物的骨架上，锂离子由于在多金属氧酸锂盐骨架中能自由传输，电子可通过导电聚合物自由传输，提供了离子和电子的双重传输通道，有利于提高电池的倍率特性。