[發(fā)明專利]一種三維共軛導電聚苯胺的合成方法及作為鋰離子電池負極粘結劑的應用

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• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112500563A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉慰;何曉英;陳云貴
• 申請（專利權）人: 四川普利司德高分子新材料有限公司
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周敏

本發(fā)明公開一種三維共軛導電聚苯胺的合成方法及作為鋰離子電池負極粘結劑的應用。三維共軛導電聚苯胺的合成包括以下內(nèi)容：配制質(zhì)子酸水溶液或共摻雜劑與質(zhì)子酸的混合水溶液，將苯胺、共聚單體溶解在質(zhì)子酸溶液中形成溶液，記為A組分；將引發(fā)劑溶解在去離子水中，記為B組分；在冰浴0～4℃條件下將B組分緩慢滴加到A組分中，繼續(xù)攪拌聚合4～8h；然后用乙醇和去離子水洗滌，直至濾液呈中性，將濾餅干燥即得三維共軛導電聚苯胺。本發(fā)明還提供了基于上述方法的負極材料/三維共軛導電聚苯胺復合漿料的原位制備方法。本發(fā)明制備的聚苯胺具有良好的粘接能力和導電性，能夠同時作為導電劑和粘接劑，并能顯著提升鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電極粘結劑材料技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池負極的三維共軛導電聚苯胺粘結劑的合成及電極應用。

背景技術

隨著社會的發(fā)展，鋰離子電池由于其高能量密度、高工作電壓以及長循環(huán)壽命等優(yōu)勢在在可移動電子設備、電動汽車、電網(wǎng)儲能等多個領域得到廣泛應用。然而，新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對鋰離子電池性能也提出了更高的要求，目前商業(yè)化的負極材料已逐漸由石墨、硬碳、軟碳向硅碳復合負極材料體系發(fā)展過渡，以進一步滿足更高比能量、更長循環(huán)壽命的電池性能要求。上述負極活性材料，往往需要搭配導電劑(一般為炭黑、科琴黑、碳納米管、石墨烯等的一種或多種)和粘結劑(一般為丁苯橡膠膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、聚丙烯酸PAA等的一種或多種)，以配合電極漿料涂布成型，并促進極片內(nèi)電子傳輸[Journal ofPower Sources,2014,257:421-443]。隨著負極材料克比容量的逐漸增加，尤其是硅等高克容量組分的引入，會引起負極循環(huán)過程中較大的體積膨脹效應[Advanced EnergyMaterials,2018,8(11):1702314]。開發(fā)高性能的負極粘接劑，提高負極片對大體積形變的耐受能力，具有十分重要的應用價值。

作為電極中重要的部分，粘結劑的性質(zhì)對電極片電化學性能有至關重要的影響。傳統(tǒng)的SBR-CMC粘結體系由于其較大的脆性和絕緣性，在硅負極中應用易引起容量快速衰減、循環(huán)壽命縮短；同時，該粘結體系本身是電子絕緣體，需要搭配一定含量的導電劑使用，導電劑的使用可能降低電池能量密度，且增加了成本。宋潔等人公開發(fā)明了一種聚合物復合粘結劑，利用線性聚合物與片層聚合物相互復合，在硅負極材料周圍通過氫鍵建立三維網(wǎng)狀結構，從而緩沖體積變化[CN108428869B]；張麗娟等人用石墨烯量子點改性傳統(tǒng)海藻酸鈉粘結劑，使其擁有更高的機械性能和彈性性能，增強其溶脹性，有效緩解負極材料體積變化；并且石墨烯量子點具有導電性，同時改善粘結劑導電性能[CN108565406B]。總的來說，通過使用新型聚合物復合粘結劑或?qū)鹘y(tǒng)粘結劑改性能有效提高其粘結性或?qū)щ娦裕欢@些方法都存在這樣的劣勢：(1)大部分聚合物復合粘結劑具有較好的粘結能力，卻呈現(xiàn)絕緣性，應用在鋰離子電池負極漿料中時，需另外添加導電劑；(2)對傳統(tǒng)粘結劑進行改性固然有效提高其粘結能力和導電性，然而卻增加了制備步驟，使其在工業(yè)中的應用受到限制，同時提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種三維共軛導電聚苯胺的合成方法及作為鋰離子電池負極粘結劑的應用，所述聚苯胺具有良好的粘接能力和導電性，進而顯著提升鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的三維共軛導電聚苯胺的合成方法，包括以下內(nèi)容：

配制質(zhì)子酸水溶液或共摻雜劑與質(zhì)子酸的混合水溶液，將苯胺、共聚單體溶解在質(zhì)子酸溶液中形成溶液，記為A組分；將引發(fā)劑溶解在去離子水中，記為B組分；在冰浴0～4℃條件下將B組分緩慢滴加到A組分中，繼續(xù)攪拌聚合4～8h；然后用乙醇和去離子水洗滌，直至濾液呈中性，將濾餅干燥即得三維共軛導電聚苯胺。

上述方法中，進一步地，所述共聚單體為間苯二胺、鄰苯二胺、1,3,5-三苯胺基苯、1,3,5-三氨基苯、對二氨基聯(lián)苯中的至少一種。各共聚單體的結構式如下：

上述方法中，進一步地，所述共摻雜劑為氯鹽，優(yōu)選為氯化氫和氯化鋰。