正极复合材料及锂离子电池以及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种正极复合材料的制备方法，包括提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；以及在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料。本发明专利技术还涉及一种正极复合材料，一种锂离子电池及该锂离子电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种正极复合材料及其制备方法以及应用该正极复合材料的锂离子电池及该锂离子电池的制备方法。
技术介绍
近年来，随着锂离子电池广泛的用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域，锂离子电池的安全问题日益引起人们的广泛关注。在公开号为CN101807724A的中国专利申请中，吴弘俊等人公开了一种能够阻障热失控、具有较高安全性的锂离子电池，其通过将马来酰亚胺与巴比土酸在较低的温度（如130°C）进行聚合反应，形成一种平均分子量较小的聚合物/寡聚物，并把这种聚合物披覆在电极活性材料表面形成保护膜。吴弘俊等人认为这种聚合物在电池中的作用机理是当电池升至较高温度时会进行交联反应，阻断锂离子的扩散传导，从而阻障热失控。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种能够提高锂离子电池安全性能的正极复合材料及其制备方法以及应用该正极复合材料的锂离子电池以及该锂离子电池的制备方法。一种正极复合材料的制备方法，包括提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；以及在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料。一种正极复合材料，包括正极活性物质及与该正极活性物质复合的无机-有机复合材料，该无机-有机复合材料包括无机导电碳材料及交联聚合物，该交联聚合物是将马来酰亚胺类物质在保护性气体中加热至200°C~280°C得到，该马来酰亚胺类物质选自所述马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种。一种锂离子电池的制备方法，包括提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料；将该正极复合材料设置在正极集流体表面，形成正极；以及将该正极与负极、隔膜及电解质溶液共同组装成锂离子电池。一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解质溶液，该正极包括所述的正极复合材料。本专利技术在现有技术的基础上，克服了原有的技术偏见，将有机相马来酰亚胺单体或低分子量聚合物与无机相导电碳材料，以及正极活性物质混合后进一步在高温下进行交联反应，从而在正极活性物质表面生成无机-有机复合材料，使有机相生成高分子量的聚合物。通过实验证明该无机-有机复合材料可以提高锂离子电池的电极稳定性及热稳定性，起到过充保护的作用，且无机相可以改善电子传导性，相对于仅使用有机相聚合物包覆正极活性物质具有较高的循环倍率性能。附图说明图1为本专利技术实施例和对比例的锂离子电池的交流阻抗测试图。图2为本专利技术实施例和对比例的锂离子电池的充放电循环性能测试图。图3为本专利技术实施例和对比例的锂离子电池的倍率性能测试图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的正极复合材料及其制备方法以及应用该正极复合材料的锂离子电池及该锂离子电池的制备方法作进一步的详细说明。本专利技术实施例提供一种正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1，提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；S2，将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；以及S3，在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料。该无机导电碳材料可以为乙炔黑、炭黑、碳纳米管及石墨烯中的一种或多种。该无机导电碳材料优选为纳米级，粒度优选为0.1nm~100nm。该马来酰亚胺类物质优选为由马来酰亚胺类单体形成的聚合物。该马来酰亚胺类单体包括马来酰亚胺单体、双马来酰亚胺单体、多马来酰亚胺单体及马来酰亚胺类衍生物单体中的至少一种。该马来酰亚胺单体的分子通式可以由式(1)表示。(1)R1为单价有机取代基，具体地，可以为-R,-RNH2R,-C(O)CH3，-CH2OCH3,-CH2S(O)CH3,单价形式的环脂族基团，单价形式的取代芳香族基团，或单价形式的未取代芳香族基团，如-C6H5,-C6H4C6H5，或-CH2(C6H4)CH3。R为1~6个碳的烃基，优选为烷基。所述取代优选是以卤素，1~6个碳的烷基或1~6个碳的硅烷基进行取代。该未取代芳香族基团优选为苯基、甲基苯基或二甲基苯基。该芳香族的苯环的数量优选为1~2个。具体地，该马来酰亚胺单体可以选自N-苯基马来酰亚胺、N-(邻甲基苯基)-马来酰亚胺、N-(间甲基苯基)-马来酰亚胺、N-(对甲基苯基)-马来酰亚胺、N-环己烷基马来酰亚胺、马来酰亚胺、马来酰亚胺基酚、马来酰亚胺基苯并环丁烯、二甲苯基马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、乙烯基马来酰亚胺、硫代马来酰亚胺、马来酰亚胺酮、亚甲基马来酰亚胺、马来酰亚胺甲醚、马来酰亚胺基乙二醇及4-马来酰亚胺苯砜中的一种或多种。该双马来酰亚胺单体的分子通式可以由式(2)或式(3)表示。(2)；(3)；R2为二价有机取代基，具体地，可以为-R-，-RNH2R-，-C(O)CH2-，-CH2OCH2-，-C(O)-，-O-，-O-O-，-S-，-S-S-，-S(O)-，-CH2S(O)CH2-，-(O)S(O)-，-R-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-R-，二价形式的环脂族基团，二价形式的取代芳香族基团，或二价形式的未取代芳香族基团，如伸苯基（-C6H4-），伸联苯基（-C6H4C6H4-），取代的伸苯基，取代的伸联苯基，-(C6H4)-R3-(C6H4)-，-CH2(C6H4)CH2-，或-CH2(C6H4)(O)-。R3为-CH2-，-C(O)-，-C(CH3)2-，-O-，-O-O-，-S-，-S-S-，-S(O)-，或-(O)S(O)-。R为1~6个碳的烃基，优选为烷基。所述取代优选是以卤素，1~6个碳的烷基或1~6个碳的硅烷基进行取代。该芳香族的苯环的数量优选为1~2个。具体地，该双马来酰亚胺单体可以选自N,N’-双马来酰亚胺-4,4’-二苯基代甲烷、1,1’-(亚甲基双-4,1-亚苯基)双马来酰亚胺、N,N’-(1,1’-二苯基-4,4’-二亚甲基)双马来酰亚胺、N,N’-(4-甲基-1,3-亚苯基)双马来酰亚胺、1,1’-(3,3’-二甲基-1,1’-二苯基-4,4’-二亚甲基)双马来酰亚胺、N,N’-乙烯基双马来酰亚胺、N,N’-丁烯基双马来酰亚胺、N,N’-(1,2-亚苯基)双马来酰亚胺、N,N’-(1,3-亚苯基)双马来酰亚胺、N,N’-双马来酰亚胺硫、N,N’-双马来酰亚胺二硫、N,N’-双马来酰亚胺亚胺酮、N,N’-亚甲基双马来酰亚胺、双马来酰亚胺甲醚、1,2-双马来酰亚胺基-1,2-乙二醇、N,N’-4,4’-二苯醚-双马来酰亚胺及4,4’-双马来酰亚胺-二苯砜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1，提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；S2，将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；以及S3，在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供马来酰亚胺类物质及无机导电碳材料，该马来酰亚胺类物质选自马来酰亚胺类单体和由马来酰亚胺类单体形成的聚合物中的一种或多种；
S2，将该马来酰亚胺类物质、无机导电碳材料与正极活性物质均匀混合；以及
S3，在保护性气体中加热至200°C~280°C，得到所述正极复合材料。
2.如权利要求1所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，该无机导电碳材料包括乙炔黑、炭黑、碳纳米管及石墨烯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，该马来酰亚胺类单体包括马来酰亚胺单体、双马来酰亚胺单体、多马来酰亚胺单体及马来酰亚胺类衍生物单体中的至少一种。
4.如权利要求3所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，该马来酰亚胺单体的分子通式由式(1)表示，其中R1为单价有机取代基：
(1)；
该双马来酰亚胺单体的分子通式由式(2)或式(3)表示，其中R2为二价有机取代基：
(2)；
(3)。
5.如权利要求4所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，R1为-R,-RNH2R,-C(O)CH3，-CH2OCH3,-CH2S(O)CH3,-C6H5,-C6H4C6H5，-CH2(C6H4)CH3，或单价形式的环脂族基团；R2为-R-，-RNH2R-，-C(O)CH2-，-CH2OCH2-，-C(O)-，-O-，-O-O-，-S-，-S-S-，-S(O)-，-CH2S(O)CH2-，-(O)S(O)-，-CH2(C6H4)CH2-，-CH2(C6H4)(O)-，-R-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-R-，-C6H4-，-C6H4C6H4-，二价形式的环脂族基团，或-(C6H4)-R3-(C6H4)-；R3为-CH2-，-C(O)-，-C(CH3)2-，-O-，-O-O-，-S-，-S-S-，-S(O)-，或-(O)S(O)-；R为1~6个碳的烃基。
6.如权利要求3所述的正极复合材料的制备方法，其特征在于，该马来酰亚胺单体选自N-苯基马来酰亚胺、N-(邻甲基苯基)-马来酰亚胺、N-(间甲基苯基)-马来酰亚胺、N-(对甲基苯基)-马来酰亚胺、N-环己烷基马来酰亚胺、马来酰亚胺、马来酰亚胺基酚、马来酰亚胺基苯并环丁烯、二甲苯基马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、乙烯基马来酰亚胺、硫代马来酰亚胺、马来酰亚胺酮、亚甲基马来酰亚胺、马来酰亚胺甲醚、马来酰亚胺基乙二醇及4-马来酰亚胺苯砜中的一种或多种；该双马来酰亚胺单体选自N,N’-双马来酰亚胺-4,4’-二苯基代甲烷、1,1’-(亚甲基双-4,1-亚苯基)双马来酰亚胺、N,N’-(1,1’-二苯基-4,4’-二亚甲基)双马来酰亚胺、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱冠男，何向明，王莉，尚玉明，李建军，罗晶，徐程浩，高剑，王要武，
申请(专利权)人：江苏华东锂电技术研究院有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32