【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池領域，具體涉及一種堿金屬離子電池用電極及其制備方法和應用。
技術介紹
1、電動汽車對電池性能提出了更高的需求，特別是在能量密度和電池成本方面。鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解質組成，正極和負極材料是電池材料的關鍵組成部分。電極材料的制備一般通過制備漿料并涂覆到集流體，因此電池漿料的質量直接影響著電極涂敷質量，進而影響電池的電化學性能。在漿料制備過程中，存在以下問題：(1)活性物質和導電劑在漿料中的分散性差，容易沉淀，尤其是碳納米管導電劑在漿料中很難分散。(2)商業的粘結劑例如聚偏二氟乙烯(pvdf)存在熱穩定性差、不耐高壓高溫，易氧化、粘結性低等問題，其容易與炭黑或粒徑小的活性物質發生聚合，導致分散不均，易形成凝膠。這些問題均嚴重影響了電池的電化學性能，從而制約電池性能的提高。
技術實現思路
1、為此，需要提供一種導電劑在電極中的分散性好、導電性能好的堿金屬離子電池用電極及其制備方法和應用。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種堿金屬離子電池用電極，包括以下重量份數的組分：分散粘結劑8-12份；活性物質75-85份；導電劑8-12份；
4、所述分散粘結劑為聚酰亞胺類聚合物，所述聚酰亞胺類聚合物由聚酰胺酸類聚合物亞胺化得到，所述聚酰胺酸類聚合物由脂肪族二胺、芳香族二胺與芳香族二酐聚合得到。
5、在本專利技術中，聚酰亞胺類聚合物一方面可以起到粘結劑的作用，另一方面其前驅體聚酰胺酸在制備電極漿料時可以作為分散劑，對
6、此外，本專利技術中的聚酰亞胺類聚合物在聚酰亞胺(pi)主鏈中引入剛性苯環結構，剛性結構單元可來自原料芳香族二胺或芳香族二酐，增強了分散粘接劑的機械穩定性和熱穩定性。同時，pi鏈段中的羰基增強了分散粘接劑與堿金屬離子的親和性。剛柔結合的聚酰亞胺類聚合物不僅能夠充分溶解在nmp中，還能抵抗電極的體積變化。此外，聚酰亞胺類聚合物對導電劑的分散助溶作用，有助于實現電極漿料的均勻分散。通過調整聚酰亞胺類聚合物中柔性基團的含量，可以獲得不同剛柔比例的聚酰亞胺類聚合物，進而得到多種電化學性能和分散效果的分散粘接劑。
7、進一步，所述芳香族二酐為下列中的一種：均苯四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、雙環(2.2.2)辛-7-烯-2,3,5,6-四甲酸二酐、2,2-雙(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐、4,4'-(4,4'-亞異丙二苯氧基)雙(萘二甲酸酐)、聯苯四羧酸二酐、二苯醚四羧酸二酐；
8、所述脂肪族二胺為下列中的一種：1,2-雙(2-氨基乙氧基)乙烷、1,3-丙二胺、1,3-雙(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、【聚(二甲基硅氧烷)、雙(3-氨丙基)封端】；
9、所述芳香族二胺為下列中的一種：2,4-二氨基苯甲酸、3,4-二氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸、2,5-二氨基對苯二甲酸。
10、進一步，所述導電劑為下列中的一種：乙炔黑、導電炭黑、碳納米管、石墨烯、科琴黑。
11、進一步，所述脂肪族二胺和所述芳香族二胺總投入的摩爾數和與所述芳香族二酐投入的摩爾數的比值為0.98-1.2：1；
12、所述脂肪族二胺的質量為所有二胺總質量的70-90％。
13、本專利技術中，所述脂肪族二胺和所述芳香族二胺投入的總摩爾數接近或大于所述芳香族二酐投入的摩爾數，以此減少聚合物鏈的長度，使制備得到低分子鏈的聚酰胺酸(其重均分子量小于5000)。
14、進一步，所述活性物質為正極活性物質或負極活性物質。
15、進一步，所述正極活性物質包括下列中的一種：鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰；
16、當電極應用于正極時，可以在電極中添加正極活性物質。
17、所述負極活性物質包括下列中的一種：納米硅、微米硅、硅氧、硅碳。
18、當電極應用于負極時，可以在電極中添加負極活性物質。
19、本專利技術還公開了所述的堿金屬離子電池用電極的制備方法，其包括以下步驟：
20、s1：在惰性氣氛下，將芳香族二酐、脂肪族二胺、芳香族二胺加入第一有機溶劑中，在10-50℃及攪拌下預聚合4-24小時，得到聚酰胺酸類聚合物；所述脂肪族二胺和所述芳香族二胺總投入的摩爾數和與所述芳香族二酐投入的摩爾數的比值為0.98-1.2：1；
21、s2：將所述8-12重量份聚酰胺酸類聚合物、8-12重量份導電劑、活性物質混合后，加入第二有機溶劑調節粘度，制成電極漿料；
22、s3：將所述電極漿料在集流體上成膜，然后升溫至250-350℃，保溫煅燒1-5小時，進行亞胺化反應，制得所述堿金屬離子電池用電極。
23、在本專利技術中，聚酰胺酸類聚合物中的苯環結構能與導電劑形成π-π相互作用，進而改善電極漿料導電劑團聚問題，聚酰胺酸類聚合物在步驟s3中經過亞胺化反應形成聚酰亞胺類聚合物，一方面可以起到粘結劑的作用，另一方面可以對導電劑進行分散，起到分散劑的作用，顯著改善導電劑團聚，尤其是碳納米管的分散困難的問題。因此，本專利技術中的聚酰亞胺類聚合物可提高電池的性能和循環壽命，滿足電動汽車行業對更先進、高效電池技術的迫切需求。
24、上述方法中，所述s1步驟具體為：將芳香族二酐、脂肪族二胺、芳香族二胺加入第一有機溶劑中，在10-50℃及攪拌下預聚合4-24小時得到預聚合產物，將預聚合產物倒入乙醇中沉淀析出，過濾、干燥濾餅，得到所述得到聚酰胺酸類聚合物。
25、進一步，所述s2步驟中，還加入了80-110重量份活性物質，加入第二有機溶劑調節粘度，各組分混合均勻得到電極漿料；
26、上述方法中，所述步驟s3具體為：將所述電極漿料均勻地涂敷在集流體上成膜，厚度為50-100μm，干燥除去第二有機溶劑，得到待處理的電極片，再將電極片在250-350℃下煅燒1-5小時，亞胺化反應，制得所述堿金屬離子電池用電極。
27、進一步，所述第一有機溶劑為下列中的一種：n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮；
28、所述第二有機溶劑為下列中的一種：n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮。
29、進一步，所述步驟s3中，所述升溫速率為3-8℃/min。
30、本專利技術還提供一種堿金屬離子電池用電極的應用，所述的堿金屬離子電池用電極用于制備堿金屬離子電池。
31、所述堿金屬離子電池包括鋰離子電池、鈉離子電池或鉀離子電池。
32、本專利技術的有益效果是本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：包括以下重量份數的組分：
2.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述芳香族二酐為均苯四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、雙環(2.2.2)辛-7-烯-2,3,5,6-四甲酸二酐、2,2-雙(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐、4,4'-(4,4'-亞異丙二苯氧基)雙(萘二甲酸酐)、聯苯四羧酸二酐或二苯醚四羧酸二酐中的一種；
3.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述導電劑為乙炔黑、導電炭黑、碳納米管、石墨烯或科琴黑中的一種。
4.根據權利要求2所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述脂肪族二胺和所述芳香族二胺總投入的摩爾數和與所述芳香族二酐投入的摩爾數的比值為0.98-1.2：1；
5.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述活性物質為正極活性物質或負極活性物質。
6.根據權利要求5所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述正極活性物質包括
7.權利要求1-6任一項所述堿金屬離子電池用電極的制備方法，其特征在于：其包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述制備方法，其特征在于：所述S1步驟具體為：將芳香族二酐、脂肪族二胺、芳香族二胺加入第一有機溶劑中，在10-50℃及攪拌下預聚合4-24小時得到預聚合產物，將預聚合產物倒入乙醇中沉淀析出，過濾、干燥濾餅，得到所述得到聚酰胺酸類聚合物。
9.根據權利要求7所述制備方法，其特征在于：所述步驟S3具體為：將所述電極漿料均勻地涂敷在集流體上成膜，厚度為50-100μm，干燥除去第二有機溶劑，得到待處理的電極片，再將電極片在250-350℃下煅燒1-5小時，亞胺化反應，制得所述堿金屬離子電池用電極。
10.權利要求1～6任一項所述電極應用于制備堿金屬離子電池。
...【技術特征摘要】
1.一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：包括以下重量份數的組分：
2.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述芳香族二酐為均苯四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、3,4,9,10-苝四甲酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、雙環(2.2.2)辛-7-烯-2,3,5,6-四甲酸二酐、2,2-雙(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐、4,4'-(4,4'-亞異丙二苯氧基)雙(萘二甲酸酐)、聯苯四羧酸二酐或二苯醚四羧酸二酐中的一種；
3.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述導電劑為乙炔黑、導電炭黑、碳納米管、石墨烯或科琴黑中的一種。
4.根據權利要求2所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述脂肪族二胺和所述芳香族二胺總投入的摩爾數和與所述芳香族二酐投入的摩爾數的比值為0.98-1.2：1；
5.根據權利要求1所述一種堿金屬離子電池用電極，其特征在于：所述活性物質為正極活性物質...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁成露，陳遠，李正陽，劉洋，張翼，陳玉坤，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：
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