[發(fā)明專利]原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011502548.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112646181A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉逸駿;劉興江;丁飛;宗軍;寧凡雨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08K3/04;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 許愛文

本發(fā)明公開了一種原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料及其制備方法，該材料由等摩爾1,4,5,8?萘四酸二酐和對苯二胺在分散了碳納米管的溶劑N?甲基吡咯烷酮(NMP)中加熱回流反應(yīng)6小時(shí)，過濾后用乙醇清洗5次，在烘箱中120℃干燥12小時(shí)，然后在氬氣氛中300℃加熱8小時(shí)，以確保完全成環(huán)，之后即得最終產(chǎn)物聚酰亞胺?碳納米管復(fù)合材料PI@CNT。本發(fā)明通過使用碳納米管作為負(fù)載基底，形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效地增加了正極材料的導(dǎo)電性和活性位點(diǎn)的利用率，極大地提高了該正極材料在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前使用廣泛的無機(jī)正極材料，包括各式鋰過渡金屬氧化物如LiCoO₂,LiNiO₂,LiMn₂O₄,LiFePO₄等，具有一些固有的缺點(diǎn)，比如：理論比容量不高，均在300mAh/g以下；倍率性能欠佳；同時(shí)，原料均為不可再生礦藏，且回收困難，不符合可持續(xù)發(fā)展要求；更重要的是，它們具有一定的安全隱患：過充容易產(chǎn)生高價(jià)金屬氧化物，釋放氧氣與電解液劇烈反應(yīng)放熱。

相比之下，有機(jī)正極材料則具備一些先天的優(yōu)點(diǎn)：理論比容量高，可達(dá)約1000mAh/g；基于快速的化學(xué)吸脫附因而倍率性能好；同時(shí)，原料豐富，環(huán)境友好；而且結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；體系也相對安全。因此，有機(jī)正極材料是具有廣泛應(yīng)用前景的綠色能源材料。

當(dāng)前，有機(jī)正極材料取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，逐漸吸引了越來越多研究者的興趣，但是總體而言，相較于傳統(tǒng)的無極正極材料尚無性能上的明顯優(yōu)勢，尤其是在體積能量密度等關(guān)鍵參數(shù)上，以及易溶解等問題，很大程度上制約了有機(jī)正極材料的發(fā)展與應(yīng)用，因此目前主要以實(shí)驗(yàn)室研究為主，暫無實(shí)際應(yīng)用。

然而，我們也不能忽視有機(jī)正極材料的獨(dú)特優(yōu)勢，比如基于快速的化學(xué)吸脫附因而倍率性能好這一特質(zhì)，就可以用于超級電容器的開發(fā)，且其兼具先天的柔性，可以在柔性器件中得到很好的應(yīng)用，同時(shí)其具有的原料豐富及環(huán)境友好特質(zhì)賦予其綠色能源材料的屬性，有望未來推廣。未來的研究應(yīng)在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上揚(yáng)長避短設(shè)計(jì)一些特殊官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，比如將含氧共軛基團(tuán)取代到大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)體系中，既能實(shí)現(xiàn)鋰離子在充電和放電過程的入嵌與脫嵌，采用多取代活性點(diǎn)位又實(shí)現(xiàn)較高的理論比容量。大環(huán)共軛體系一方面可以降低在電解液中的溶解性能，進(jìn)一步提高鋰離子電池放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性能，另一方面還能提高導(dǎo)電性能。

從應(yīng)用的角度出發(fā)，聚酰亞胺基有機(jī)高分子材料具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械性能，便于制備及加工，同時(shí)綜合考慮原料成本較低等經(jīng)濟(jì)因素，有著良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明而提供了一種原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料及其制備方法。該材料由等摩爾1,4,5,8-萘四酸二酐和對苯二胺在分散了碳納米管的溶劑NMP中原位聚合生成，由于使用碳納米管作為負(fù)載基底，利用共軛結(jié)構(gòu)的層間相互作用，實(shí)現(xiàn)分子自組裝，使材料內(nèi)部形成了良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而確保了電化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)的充分利用，使體系導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性大幅提升。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料，該材料由等摩爾1,4,5,8-萘四酸二酐和對苯二胺在分散了碳納米管的溶劑NMP中原位聚合生成。

進(jìn)一步，上述原位聚合的聚酰亞胺基有機(jī)高分子正極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、在充滿氬氣的環(huán)境中，碳納米管加入溶劑NMP進(jìn)行超聲分散，碳納米管的質(zhì)量濃度為40g/L，然后將等摩爾1,4,5,8-萘四酸二酐和對苯二胺加入分散了碳納米管的NMP溶劑中制得溶液；

步驟二、將整個(gè)溶液加熱回流攪拌反應(yīng)制得黑色粉末，