一种聚苯胺中空微球/锌复合正极材料及钮扣型锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺中空微球/锌复合正极材料及钮扣型锂电池，该正极材料的活性物质为混杂有微球状锌粉的聚苯胺中空微球；钮扣型锂电池包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，正极由活性物质、乙炔黑和聚四氟乙烯乳液正极材料制成；钮扣型锂电池正极材料的比表面积大、高导电性及稳定性好；进一步制备的锂电池交流阻抗小，循环性能好，具有更广阔的应用潜力。

Polyaniline hollow microsphere / zinc composite cathode material and button type lithium battery

The invention discloses a polyaniline hollow microsphere / zinc composite cathode materials and button type lithium battery cathode material for the active substance of PANI hollow microspheres microsphere mixed with zinc powder; button type lithium battery includes a cathode, anode, cathode, electrolyte and separator shell, an active material, and acetylene black PTFE emulsion cathode material; button type lithium battery anode material of large surface area, high conductivity and good stability; further preparation of lithium batteries by AC impedance, good cycle performance, has wider application potential.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以微球状锌粉混杂聚苯胺中空微球作为正极活性材料及通过含微球状锌粉混杂态聚苯胺中空微球活性物质的正极制备的钮扣型锂电池，属于化学电源领域。
技术介绍
锂电池具有较高的电压、较大的比能量、宽泛的工作温度、较小的体积和较轻的质量等特点，可用于心脏起搏器、电子手表、录音机、计算器、无线电通讯设备以及潜艇、鱼雷等领域。锂电池的种类跟正极物质有关。目前常用的锂电池电极材料主要有MnO2、SOCl2、SO2、S、C和CuO等。其中，碳基材料对金属锂具有较高的嵌入密度和电化学活性，成为锂电池常用电极材料。但也正是由于较高的嵌锂密度，在充放电循环过程中金属锂的频繁嵌入和脱嵌导致碳材料体积膨胀，发生破碎，电池的性能显著降低。在嵌锂和脱嵌过程中，控制碳材料的体积改变是锂电池电极材料发展过程中的关键。为避免碳基材料在锂电池充放电循环过程中由于锂离子频繁嵌锂和脱嵌带来的体积膨胀和破坏，新一代电池电极材料的设计和开发朝着更小粒径的活性材料、金属间化合物、导电聚合物等方向发展。锂离子在导电聚合物电极上的脱嵌程度较低，如何同时维持较高的嵌锂密度和脱嵌程度是导电聚合物-锂电池面临的重要问题。因此，研究与开发较高的嵌锂密度和脱嵌程度、高容量、低内阻的导电聚合物/金属复合正极及钮扣型锂电池，具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有的碳基正极材料制备的锂电池正极材料存在容量低、嵌锂和脱嵌循环过程中体积膨胀导致性能下降的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种比表面积大、高导电性及稳定性好的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料。本专利技术的另一个目的是在于提供一种交流阻抗、比容量高、循环稳定性好的钮扣型锂电池。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，该正极材料的活性物质为混杂有微球状锌粉的聚苯胺中空微球。优选的方案，聚苯胺中空微球/锌复合正极材料由以下质量组分组成：活性物质75～85份；乙炔黑5～15份；固含量为55～65％的聚四氟乙烯乳液5～15。较优选的方案，聚苯胺中空微球/锌复合正极材料由以下质量份组分组成：活性物质80份；乙炔黑10份；固含量为60％的聚四氟乙烯乳液10份。优选的方案，活性物质中聚苯胺中空微球与微球状锌粉的质量百分比为70～95％:5％～30％。本专利技术采用的微球状锌粉可直接购买于上海超威纳米材料有限公司的产品，型号CW-Zn-003。较优选的方案，聚苯胺中空微球外径为340～420nm，内径为220～260nm，电导率为9.81～20.85S/cm。较优选的方案，聚苯胺中空微球通过以下制备方法得到：苯胺在含聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)的溶液中通过自组装法得到聚苯胺中空微球。本专利技术的聚苯胺中空微球的制备方法：将聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)和苯胺加入到乙醇/水混合溶剂中，混合均匀，得到混合溶液，混合溶液的质量百分比组成为：聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)0.5～4.9％，苯胺2.2～2.5％，乙醇7.4～7.8％，水84.8～89.9％；将所得混合液升温至50～80℃后，快速加入温度为50～80℃的过硫酸铵水溶液，维持温度反应1～2min后，立即调节温度至0～5℃进一步反应4～12h；破乳、洗涤，得到的聚苯胺中空微球。优选的方案，活性物质由聚苯胺中空微球和微球状锌粉机械混合得到。本专利技术还提供了一种钮扣型锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，所述的正极由聚苯胺中空微球/锌复合正极材料制成。优选的方案，钮扣型锂电池的正极由以下方法制备得到：聚苯胺中空微球/锌复合正极材料用有机溶剂调和，超声分散，得到浆料；所得浆料挥发去除部分溶剂后，碾压成薄片，进一步压在泡沫镍上，并冲压成圆片，圆片通过真空干燥，即得正极。本专利技术的钮扣型锂电池正极的制备方法：将活性物质、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照比例混合，加入少量的无水乙醇进行调和并超声5～15min。将超声后的浆料碾压成厚度约为0.1～0.3mm的薄片，在油压机下将其压在泡沫镍上；使用模具将极片冲压成直径约为15.0mm的圆片，在60～80℃真空干燥10～16h得到正极。优选的方案，负极为金属锂片。优选的方案，隔膜为市售工业Celgard2400，隔膜直径为19.0mm。优选的方案，电解液为1mol/L的LiPF6/EC+DMC。优选的方案，外壳为2025型钮扣型锂离子电池外壳。与现有技术相比，本专利技术的技术方案带来的有益效果：本专利技术的技术方案首次以混杂有微球状锌粉的聚苯胺中空微球为活性物质，聚苯胺中空微球为纳米级颗粒，具有比表面积大的特点，且具有中空微球结构，体积变化缓冲作用好，特别是微球状锌粉混杂一方面提高了电极材料的导电性，另一方面增加了聚苯胺中空微球之间的间隙，为聚苯胺微球提供了更多与锂离子接触的机会，更利于大量的锂离子在聚苯胺微球上的嵌入和脱嵌过程。将含有这种活性物质的正极材料制备的钮扣型锂电池正极可以显著提高锂电池的电容量、降低交流阻抗、循环稳定性。大量的实验数据表明：本专利技术制备的钮扣型锂电池首次放电容量达到570.8mAh/g，远高于石墨对锂离子的理论嵌入值(372mAh/g)。本专利技术制备的钮扣型锂电池后续放电容量从聚苯胺材料电池的52.4mAh/g提高到152.6mAh/g左右。综上所述，以聚苯胺/锌纳米复合材料为正极制备的锂电池，在新能源领域具有广阔的应用潜力。附图说明【图1】为本专利技术实施例1制得的聚苯胺中空微球的扫描电子显微镜图和透射电镜图。【图2】为实施例1制备的聚苯胺中空微球的红外光谱图。【图3】为实施例2组装的纽扣型锂电池示意图。【图4】为实施例2组装的纽扣型锂电池的循环伏安曲线。【图5】为实施例2组装的纽扣型锂电池的交流阻抗曲线。【图6】为实施例2组装的纽扣型锂电池充放电曲线。【图7】为实施例2组装的纽扣型锂电池的循环稳定性测试曲线。具体实施方式以下具体实施例旨在进一步说明本
技术实现思路
，而非限制本专利技术权利要求的保护范围。实施例1取6.32g无水乙醇、72.00g水、2.08g含有聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)(简称PAMPS，质量分数20％)的水溶液加入到250mL烧杯中，充分搅拌均匀。随后加入1.86g苯胺于上述混合液中，超声10min后将含有苯胺的上述混合液体系升温至80℃，并在此温度下磁力搅拌10min。将温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：活性物质为混杂有微球状锌粉的聚苯胺中空微球。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：活性物质为混杂有微球
状锌粉的聚苯胺中空微球。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：由以
下质量份组分组成：
活性物质75～85份；
乙炔黑5～15份；
固含量为55～65％的聚四氟乙烯乳液5～15份。
3.根据权利要求1所述的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：由以
下质量份组分组成：活性物质80份；乙炔黑10份；固含量为60％的聚四氟乙烯
乳液10份。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：所述
的活性物质中聚苯胺中空微球与微球状锌粉的质量百分比为70～95％:5％～30％。
5.根据权利要求4所述的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征在于：所述
的聚苯胺中空微球外径为340～420nm，内径为220～260nm，电导率为9.81～20.85
S/cm。
6.根据权利要求5所述的聚苯胺中空微球/锌复合正极材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芝华，李彦博，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43