一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，包括以下步骤：(1)将无机酸或有机酸溶于水中后加入活性炭分散均匀；(2)使上述物料降至2℃以下后在物料中加入冷冻剂和苯胺，充分搅拌；(3)加入初级氧化剂后，再间歇加入过硫酸铵进行聚合反应，抽滤，用去离子水洗涤滤饼；(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂，抽滤后洗至pH为7～8，真空干燥即得聚苯胺。本发明专利技术步骤简单，过程稳定可控，可操作性强，采用了双氧化剂体系间歇加入过硫酸铵，且能抑制副反应的发生，制得的聚苯胺可以通过掺杂或脱掺杂来实现绝缘体与电导体之间的相互转化，可用于锂离子电池防过充涂层，有效改善电芯的过充安全问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学应用领域，尤其是涉及一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法。
技术介绍
锂离子动力电池，因其具有较高的能量密度和比功率，制造环境友好无污染、循环寿命长等优点，成为电动汽车储能动力源的首选。但是，安全问题是大型锂离子电池无法逾越的障碍。许多爆裂、起火、爆炸等危险都是锂离子电池过充而引起的。目前，传统的方法是通过电池防爆安全阀、其它膨胀检测装置、电解液过充添加剂、外加专用的过充保护电路、在电极表面设含热分解产气物质的涂层。或者在正极活性物质层中添加电压敏感型物质Li2CO3来防止过充，电池内压增大到一定程度，Li2CO3分解产生二氧化碳，使压力感应式的电流阻断机构启动，从而保证过充电时的安全性。但问题在于，Li2CO3作用的电压较高，接近电芯失效的临界SOC(stateofcharge)，由于阴极材料、电芯一致性和热累计等原因，容易导致电芯过充时发生失效，由此有待改进。采用聚苯胺作为防过充涂层，可以有效的改善电芯的过充安全问题。在锂离子电池的充电过程中，聚苯胺的脱掺杂也在同步的进行，当锂离子电池过充时，聚苯胺由掺杂态转变成本征态，从而阻断了集流体和活性材料的电子传输通道，使得该方法应用于锂离子电池具有防过充的功能，极大地改善了锂离子电池的安全性能。但到目前为止，聚苯胺有各种不同的合成方法，例如有化学氧化法、电化学法、模板法、酶催化法以及其他特殊的方法。其中，化学氧化法又可细分为多相聚合法、溶液聚合法、界面聚合法、种子聚合法、自组装聚合法和声化学法等。然而越来越多的研究中发现，不同合成方法得到的聚苯胺的性能差异是非常明显的，换言之，不同方法制得的聚苯胺具有不同的用途。
技术实现思路
本专利技术是为了提供一种步骤简单，过程稳定可控，可操作性强的用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，制得的聚苯胺可以通过掺杂或脱掺杂来实现绝缘体与电导体之间的相互转化，可用于锂离子电池防过充涂层，有效改善电芯的过充安全问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，包括以下步骤：(1)将无机酸或有机酸溶于水中控制氢离子浓度为0.4～3.5mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀。活性炭主要作用是吸附苯胺后作为聚合模版形成长链聚合物。(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的48～50倍。在反应过程中，反应温度上升较快，而单靠冰水浴不能有效控制反应温度，因此本专利技术在物料中加入冷冻剂，冷冻剂的加入有助于控制反应温度，控制反应剧烈程度，使反应更为平稳可控。(3)加入初级氧化剂后，再间歇加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应4～5h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为(1～3)：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为(1.0～1.5)：1。聚苯胺的特性取决于其聚合后的链长，而本专利技术的关键点便是对反应原料的加入量控制从而获得所需特性(链长)的聚苯胺，本专利技术采用了双氧化剂体系(初级氧化剂+过硫酸铵)，初级氧化剂的氧化电位低于过硫酸铵的氧化电位，能够在反应的初期更好的控制反应温度，且为后期长链聚苯胺合成出低聚合度聚苯胺，过硫酸铵再使低聚合度聚苯胺进一步合成所需的高聚合度的聚苯胺，间歇加入过硫酸铵，使得反应缓慢可控，同时也能抑制副反应的发生，从而能使得聚苯胺链尽可能延长，同时减少支链的增加，纯度更高，这样制备的聚苯胺更有利于锂盐掺杂和脱掺杂反应的进行，防过充性能更为优异。(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂，抽滤后洗至pH为7～8，真空干燥即得聚苯胺。作为优选，所述无机酸为盐酸、硫酸、高氯酸或磷酸。作为优选，所述有机酸为苯磺酸、苯甲酸或硬脂酸。作为优选，步骤(1)中，活性炭的加入量以充分吸附苯胺为准。作为优选，步骤(2)中，所述冷冻剂为去离子水冰。作为优选，步骤(3)中，所述初级氧化剂为二氧化锰、氯化铁、质量浓度为30％的双氧水或重铬酸钾。作为优选，步骤(4)中，所述氨水混合液由质量浓度为25～28％的浓氨水与去离子水按质量比1：3～4混合而成。作为优选，搅拌脱掺杂时间为3～12h。作为优选，真空干燥温度为70～80℃。因此，本专利技术具有如下有益效果：提供了一种步骤简单，过程稳定可控，可操作性强的用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，采用了双氧化剂体系间歇加入过硫酸铵，且能抑制副反应的发生，制得的聚苯胺可以通过掺杂或脱掺杂来实现电导体与绝缘体之间的相互转化，可用于锂离子电池防过充涂层，有效改善电芯的过充安全问题。附图说明图1为实施例1制备的聚苯胺的傅里叶红外光谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。实施例1(1)将有机酸(苯磺酸)溶于水中控制氢离子浓度为0.4mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀；(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂去离子水冰和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的48倍；(3)加入初级氧化剂(二氧化锰)后，再每隔2min加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应4h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为1：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1：1；(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂3h，抽滤后洗至pH为7，于70℃下真空干燥即得聚苯胺，氨水混合液由质量浓度为25％的浓氨水与去离子水按质量比1：3混合而成。如图1所示，本实施例制得的聚苯胺，分别在3436cm-1、1582cm-1、1491cm-1、1296cm-1、1140cm-1、824cm-1处有明显的吸收峰，上述吸收峰依次对应着N-H键伸缩振动，醌环的C＝C伸缩振动，苯环的C＝C伸缩振动，苯环单元的C-N收缩振动，醌环的C＝N收缩振动，苯环1,4-取代的C-H面外弯曲振动。实施例2(1)将无机酸(盐酸)溶于水中控制氢离子浓度为3.5mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀；(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂去离子水冰和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的50倍；(3)加入初级氧化剂(重铬酸钾)后，再每隔3min加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应5h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为3：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.5：1；(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂12h，抽滤后洗至pH为8，于80℃下真空干燥即得聚苯胺，氨水混合液由质量浓度为28％的浓氨水与去离子水按质量比1：4混合而成。实施例3(1)将无机酸(硫酸)溶于水中控制氢离子浓度为2.5mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀；(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂去离子水冰和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的49倍；(3)加入初级氧化剂(氯化铁)后，再每隔2min加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应4.5h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为2：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.2：1；(4)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机酸或有机酸溶于水中控制氢离子浓度为0.4～3.5mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀；(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的48～50倍；(3)加入初级氧化剂后，再间歇加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应4～5h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为(1～3)：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为(1.0～1.5)：1；(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂，抽滤后洗至pH为7～8，真空干燥即得聚苯胺。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机酸或有机酸溶于水中控制氢离子浓度为0.4～3.5mol/L，加入活性炭，搅拌分散均匀；(2)在冰水浴中使上述物料降至2℃以下后，再在物料中加入冷冻剂和苯胺，充分搅拌使苯胺充分吸附于活性炭表面，苯胺的加入量为活性炭质量的48～50倍；(3)加入初级氧化剂后，再间歇加入过硫酸铵进行聚合反应，反应温度控制在8℃以下，反应4～5h后抽滤，用去离子水洗涤滤饼，初级氧化剂与过硫酸铵的摩尔比为(1～3)：9，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为(1.0～1.5)：1；(4)将滤饼置于氨水混合液中搅拌脱掺杂，抽滤后洗至pH为7～8，真空干燥即得聚苯胺。2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硫酸、高氯酸或磷酸。3.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池防过充涂层材料的聚苯胺制备方法，其特征在于，所述有机酸为苯磺酸、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成云，任宁，孙延先，李洪涛，
申请(专利权)人：浙江超威创元实业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33