[发明专利]用于大功率锂二次电池的复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学、材料化学和化学电源产品的技术领域，具体涉及一种锂二次电池复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂二次电池在移动电话、手提电脑、摄象机等便携式电子领域的日益广泛应用，其显示出来的高电压、高比能量和长循环寿命的优势吸引了其他高技术应用领域的青睐。目前人们正积极开发高容量、大功率型锂二次电池，以满足军事、航天、电动汽车等特殊场合的应用要求。对于便携式电子产品应用而言，提高锂离子电池的比能量，降低成本和改善安全性是其发展的方向。而对于电动汽车等大功率应用场合来说，则在上述基础上还需进一步提高其大电流充放电能力。

从根本上说，电池性能的优劣取决于电极材料，而现阶段锂二次电池电极材料的发展水平距离电动汽车等大功率场合的实际应用要求还有一定的距离。从材料本身来看，目前具有实际应用价值的锂二次电池正极材料主要是各种过渡金属氧化物，这些材料均属于“嵌入型”电极材料，普遍存在电子导电性差，锂离子扩散速率低的问题，因而使得相应的锂离子电池大电流放电能力较差。从锂二次电池电极的制备方法来看：由于嵌入型电极材料的电子电导较差，为取得较理想的电性能在制备电极时一般需加入一定量的的碳黑、乙炔黑等导电剂。另外，为了满足加工成型的需要，传统的电极制备过程还需要加入一定量的聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE等粘接剂。聚偏氟乙烯PVDF等粘接剂均属于绝缘性物质。一方面，绝缘性粘接剂的加入要求更多的导电剂来满足电池放电的需要，另一方面具有高达2500m²/g或更高的比表面积的碳黑等导电剂又要求有更多的粘接剂来满足加工成型的需要。由于碳黑等导电剂和PVDF等粘接剂均不具备电化学活性，最终的结果是电化学活性物质在电极中的相对质量比较低，这在很大程度上影响了电极整体的实际比能量；同时他们在电极中的含量以及分散情况还会严重影响电池的大功率放电性能。

针对“嵌入型”电极材料电子导电性差，锂离子扩散速率低的问题，人们主要采取以下技术措施：1、表面包覆(如碳包覆，纳米金属或/和纳米金属氧化物包覆)；2、元素掺杂(如LiFePO₄的Li位、Fe位、P位、O位掺杂)；3、降低材料的粒径，制备亚微米或者纳米材料以减少锂离子的扩散距离。这些方法在一定程度上可以提高这些“嵌入型”电极材料的大功率放电性能，但是距离电动汽车等大功率场合的实际应用要求仍有一定的距离。而在电极的制备工艺方面，目前仍处于导电剂、粘接剂、活性材料共混制浆涂片的传统方法而缺乏创新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高比能量和大功率锂二次电池的复合电极材料及其制备方法。

用于大功率锂二次电池的复合电极材料，包含储锂活性材料内核及导电高分子材料外壳，所述导电高分子材料外壳占复合电极材料质量的0.1～40％。

所述储锂活性材料为钴酸锂LiCoO₂、镍酸锂LiNiO₂、锰酸锂LiMn₂O₄、三元复合材料LiCo_xNi_yMn_zO₂(x+y+z＝1)、磷酸铁锂LiFePO₄、石墨、MCMB、金属锡、锡基复合材料、单质硅和硅合金中的任意一种，或者对上述任意一种材料进行元素掺杂或者表面包覆所得到的复合材料。

所述导电高分子材料为聚吡咯PPy或聚苯胺PANI或聚噻吩PTh或聚对苯PPP或聚对苯撑乙烯PPV或上述任意一种导电高分子材料的衍生物。

一种上述复合电极材料的制备方法，具体为：将导电高分子单体溶解在良溶剂中制得导电高分子单体溶液，向该溶液中加入储锂活性材料粉末以及支持电解质，超声波分散或搅拌得到悬浊液；将工作电极和对电极置于该悬浊液中，进行电化学聚合反应，聚合完成得到复合电极材料。作为改进，还可向该方法中的导电高分子单体溶液中加入表面活性剂。

一种上述复合电极材料的制备方法，具体为：配制导电高分子单体的中性或酸性溶液，向该溶液中加入储锂活性材料粉末，超声波分散或搅拌得到悬浊液；在0度到200度之间的温度条件下，向该悬浊液中加入氧化剂的中性或酸性溶液进行氧化聚合反应，将反应得到的不溶物用去离子水和乙醇洗涤得到复合电极材料。作为改进，还可向该方法中的的导电高分子单体的中性或酸性溶液中加入表面活性剂和掺杂剂。