[發明專利]正極材料及制備方法與應用、正極的制備方法

在審

• 申請號: 201710991254.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107768670A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 劉志宏;李辰;范洪波;魏文山;段若蒙;趙雁飛
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 廣東前海律師事務所44323
• 代理人: 張紹波,何凱威

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池領域，尤其涉及一種聚酰亞胺正極材料及制備方法與應用、聚酰亞胺正極的制備方法。

背景技術

聚酰亞胺是重要的工程塑料之一，耐高溫達400℃以上，長期使用溫度范圍-200～300℃，無明顯熔點，高絕緣性能，103赫下介電常數4.0，介電損耗僅0.004～0.007，屬F至H級絕緣材料。根據重復單元的化學結構，聚酰亞胺可以分為脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亞胺三種。根據熱性質，可分為熱塑性和熱固性聚酰亞胺。聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(-CO-NH-CO-)的一類聚合物，其中以含有酞酰亞胺結構的聚合物最為重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。因其在性能和合成方面的突出特點，不論是作為結構材料或是作為功能性材料，其巨大的應用前景已經得到充分的認識，被稱為是"解決問題的能手"(protion solver)，并認為"沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術"。

近來的研究表明，聚酰亞胺材料可以用作鋰離子電池或鈉離子電池的活性材料，因為聚酰亞胺的主鏈上具有均苯四酸酐、萘四甲酸酐和苝四甲酸酐等基團，這些基團可以發生可逆的氧化還原電化學反應，如亞胺基團可以氧化成烯醇式結構，伴隨著羰基氧原子結合或解離鋰離子或鈉離子。理論上，每個四甲酸酐基團可以轉移4個電子，對應300mAh/g的理論容量，但是實驗中實際的容量一般不超過200mAh/g。

聚酰亞胺作為鋰離子電池或鈉離子電池的正極材料時實際比容量距離其理論容量相差甚遠，這主要是受限由于所采用的正極制備方法。以前所報道的聚酰亞胺正極材料都是大塊狀或薄膜狀，再加上聚酰亞胺都是絕緣的，內部的活性位點都被包裹了，導致比容量活化周期長或整體比容量低。而且傳統的聚酰亞胺正極材料制備方法大多采用有機溶劑來分散，大量有機溶劑容易造成環境污染，危害生產人員身體健康，而且大量溶劑處理和回收還會增加制造成本。

因此，現有技術仍有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種聚酰亞胺正極材料及制備方法與應用、聚酰亞胺正極的制備方法，旨在解決現有制備方法采用有機溶劑來分散，容易造成環境污染，危害生產人員身體健康，而且大量溶劑處理和回收還會增加制造成本的問題。

本發明的技術方案如下：

一種聚酰亞胺正極材料，其中，按質量百分比計，包括：5-40％的聚酰亞胺納米粒子、0-4％的輔助分散劑和60-95％的水；

所述聚酰亞胺納米粒子具有如下結構式：

其中，A1和A2獨立地為芳基、取代芳基、雜芳基、取代雜芳基中的一種。

所述的聚酰亞胺正極材料，其中，所述n為50-10000。

所述的聚酰亞胺正極材料，其中，所述A1具有如下結構式中的一種：

所述的聚酰亞胺正極材料，其中，所述A2具有如下結構式中的一種：

所述的聚酰亞胺正極材料，其中，所述聚酰亞胺納米粒子的平均尺寸范圍為50-800納米。

所述的聚酰亞胺正極材料，其中，所述輔助分散劑為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或兩種。

一種如上所述的聚酰亞胺正極材料的制備方法，其中，包括步驟：

首先將聚酰亞胺納米粒子球磨6～10小時；

然后取出球磨后的聚酰亞胺納米粒子，與輔助分散劑和水混合，接著研磨6～10小時，制備得到聚酰亞胺正極材料。

一種如上所述的聚酰亞胺正極材料制備聚酰亞胺正極的方法，其中，包括步驟：

將如上所述聚酰亞胺正極材料、導電劑和水性粘結劑混合，并攪拌均勻；

然后涂布在鋁箔上，最后烘干水分，制備得到聚酰亞胺正極。

所述的制備聚酰亞胺正極的方法，其中，按質量百分比為(50％-70％)：(20％-40％)：(5％-15％)，將所述聚酰亞胺正極材料、導電劑和水性粘結劑混合；

和/或所述水性粘合劑為羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚丙烯酸鈉、丙烯酸酯乳液、聚四氟乙烯乳液和聚偏氟乙烯乳液中的一種。

一種如上所述的聚酰亞胺正極材料的應用，其中，將所述聚酰亞胺正極材料應用于鋰離子二次電池或鈉離子二次電池中。