[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的加工领域，具体涉及一种导电聚合物包覆的锂离子电池复合电极材料及其制备方法。

技术背景

锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、体积小、使用寿命长、无记忆效果、少污染以及自放电率小等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池，一致被认为是各种便携式电子设备及电动汽车用最为理想的电源。

发展高性能锂离子电池的关键技术是电极材料的研发，常用的正极材料有LiCoO₂，LiFePO₄，LiMn₂O₄，LiNi_0.5Mn_1.5O₄等，负极材料有石墨，Li₄Ti₅O₁₂等，其中除了石墨外，其他电极材料都存在电子电导低的问题。目前为了提高电导率，通常采用表面包覆和添加导电添加剂的办法。目前在表面碳包覆方法上，通常存在操作时间长、混合不均匀、后续热处理温度高、需要惰性气体保护等缺点。

近年来，导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等，由于其自身电导率高、晶格弹性好等，也被尝试作为锂离子电池电极材料的复合/表面包覆对象，如聚吡咯通过电化学聚合与LiFePO₄形成复合电极材料（J.Power Sources195，5351-5359,2010）。本发明中选用的导电聚合物聚二氧乙基噻吩(PEDOT),聚吡咯（PPy）,聚苯胺（PANI）由于其广泛的应用前景，已经引起了人们的高度关注。其中的掺杂态具有电导率高、在空气中结构和电导率高度稳定等卓越性能因而成为导电高分子新的研究热点。本征态的PEDOT导电性很差，而且不熔不溶，聚对苯乙烯磺酸(PSS)根阴离子掺杂的可以分散溶解在水溶液中，涂布成膜后在空气中非常稳定，同时具有高电导率，且其水溶液可以进一步加工处理，因而大大地促进了PEDOT的应用。直到目前为止，PEDOT或PEDOT:PSS主要被用来作为锂离子电池的正极材料(Electrochim.Acta,53(2008):8319-8323)，或是作为正极的复合材料进行相关的研究(Electrochem.Commun.,4(2002):545-549)。或者通过EDOT单体电化学聚合，工艺步骤麻烦，难以量产往工业化推广（J.Power Sources，157（2006）457-463）。因此，可以通过对电极材料的PEDOT:PSS溶液的简单的浸渍处理获得高分子导电聚合物/电极材料复合的材料，从而改进电极材料的导电性，这种方法也适用于其他导电聚合物溶液；同时，也可解决纳米级电极粉末材料易于团聚的问题，加工电极片时易于均匀涂布，从而提高电极材料的放电容量及循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高分子导电聚合物溶液浸渍包覆制备的高性能锂离子电池复合电极材料。

本发明同时提供了上述复合电极材料的制备方法，其制备方法工艺简单、有效，成本低廉，易于工业化实施和生产过程绿色环保。

本发明复合电极材料是：在锂离子电池电极材料上包覆高分子导电聚合物，所述高分子导电聚合物为易于在水和有机溶液中通过分散介质分散的导电聚合物。水溶液导电聚合物优选为聚(3,4-乙撑二氧噻吩)PEDOT、聚苯胺PANI或聚吡咯PPy，分散介质选自聚苯乙烯磺酸（PSS）的水溶液，分别简写为PEDOT:PSS、PANI:PSS、PPy:PSS；有机溶液导电聚合物优选为聚苯胺(翠绿亚胺盐)，分散介质为二甲苯，简写为PANI(xylene)。

所述水溶液导电聚合物溶液中，PEDOT:PSS水溶液固含量为0.9~1.3wt%；PANI:PSS水溶液和PPy:PSS水溶液固含量为2~2.2wt%。

所述有机溶液导电聚合物中，聚苯胺(翠绿亚胺盐)的二甲苯溶液[PANI(xylene)]中聚苯胺（翠绿亚胺盐）在溶液中的质量比为2~3wt%。

所述的高分子导电聚合物包覆复合电极材料中活性物质为现有商品的电极材料。通过对电极材料的高分子导电聚合物溶液的简单的浸渍处理获得高分子导电聚合物/电极材料复合的材料。