一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法
【專利說明】一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法
[0001]
發(fā)明領域
[0002]本發(fā)明為一種鋰離子電池的電極材料，具體涉及是一種自撐柔性復合電極材料制備方法，屬于復合電極材料技術領域。
【背景技術】
[0003]鋰離子電池作為一類具有較高能量密度的電池，目前在個人電子設備中得到廣泛使用。然而，隨著個人便攜式設備性能的不斷飛躍，其對配套能源系統(tǒng)的要求也不斷提高，需要開發(fā)具有更高能量，更高功率密度，更長壽命，甚至具有柔性等特征的鋰離子電池，以便適合下一代電子設備的鋰離子電池要求。
[0004]過渡金屬氧化物(MxOy)具有較高的質(zhì)量比容量，是一種潛在的高性能鋰離子電池電極材料。然而，其自身較低的導電率以及在長時間的鋰離子嵌入或脫嵌的過程中，大的體積變化都會造成電池容量的急劇下降。因此，本發(fā)明方法采用具有優(yōu)異導電性和機械性能的碳納米管作為導電劑，氧化石墨烯作為粘接劑，過渡金屬配合物納米纖維為活性物質(zhì)前驅(qū)體，開發(fā)一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，具體包括以下步驟:
(I)氧化石墨烯溶液配制:
氧化石墨在溶劑中超聲分散處理2?12 h后，磁力攪拌12?24 h，再離心分離處理，得到氧化石墨稀溶液。
[0006](2)過渡金屬配合物納米纖維的制備
將可溶性過渡金屬鹽、氮川三乙酸加熱溶解于水和異丙醇的混合溶劑中，并在180?220°C反應6?12 h后，反應產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥處理后，得到過渡金屬配合物納米纖維。
[0007](3)復合電極材料的制備
氧化石墨稀、碳納米管，過渡金屬配合物納米纖維的質(zhì)量比按照2?5:1?5:4?10，將過渡金屬配合物納米纖維加入溶劑后，超聲分散處理5?30 min，然后分別加入碳納米管水分散液、氧化石墨烯溶液，攪拌混合6?18h后，將混合均勻的溶液抽濾，得到的濾膜進行激光煅燒5?30s，制得厚度為0.05?0.5 mm的復合電極材料。
[0008]所述的氧化石墨稀溶液濃度為0.2?20 mg/ml ο
[0009]所述的溶劑可以是去離子水、乙醇、異丙醇、N, N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。
[0010]所述的碳納米管水分散液濃度為1.5?7.5 wt%o
[0011]所述的過渡金屬可以是錳、鎳、鈷元素中的一種或其混合物。
[0012]所述的過渡金屬配合物納米纖維的直徑20?100 nm，長5?50 μπι。
[0013]所述的激光的能量為I?4 W。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
本方法使用具有優(yōu)異導電性和機械性能的碳納米管作為導電劑，氧化石墨烯作為粘接劑，過渡金屬配合物納米纖維為活性物質(zhì)前驅(qū)體，采用濕法混合制備石墨烯/碳納米管/過渡金屬氧化物納米纖維三元復合電極材料。該復合電極材料具有自支撐的特點，可使電極材料得以避免使用粘結(jié)劑和集流體，能提高電極材料中活性物質(zhì)的相應占比。同時該復合電極材料還具有一定的柔性，能避免活性材料體積變化引起的容量損失。
【附圖說明】
[0015]圖1:鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料照片；
圖2:鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料平面掃描電鏡圖；
圖3:鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料橫截面掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
制備自支撐復合電極材料其加入氧化石墨烯/碳納米管/金屬錳配合物的質(zhì)量比為2:1:7，并測定其電化學儲鋰性能，具體步驟如下:
(I)制備0.6 mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液。
[0017](2)取0.0238g的錳配合物納米纖維加入燒杯中，加入50mL乙醇后放入超聲中超聲分散30min，接著在磁力攪拌器上攪拌2 h，確保錳鹽均勻分散在溶液中，然后分別取氧化石墨烯溶液7.5ml,7.5 wt%碳納米管水分散液18ul加入燒杯中，接著攪拌2 h，讓溶液中物質(zhì)均勻分布，抽濾成膜。
[0018](3)將薄膜置于激光煅燒爐中使用2.4 W激光煅燒5秒，制得自支撐柔性復合電極薄膜材料。
[0019](4)自支撐柔性復合電極材料的電化學儲鋰性能測試:把上述薄膜裁剪成直徑為14 mm的圓片。在高純氬氣保護的手套箱中，使用上述待測圓片和金屬鋰片為對電極，聚丙烯隔膜，I mo I/L LiPF6溶于體積比為1/1的EC/DMC為電解液，組裝成CR2032型扣式電池。充放電測試采用武漢金諾公司LAND CT2001A型充放電儀在0.005V至3.0 V間、不同電流下進行。
[0020]實施例2
制備自支撐復合電極材料其加入石墨烯碳納米管，錳鹽的質(zhì)量比為2:2:6，并測定其電化學儲鋰性能，具體步驟如下:
(I)制備0.6 mg/ml的氧化石墨稀異丙醇溶液。
[0021](2)取0.0208g的錳配合物納米纖維加入燒杯中，向燒杯中加30 ml乙醇后放入超聲中超聲分散30min，接著在磁力攪拌器上攪拌2 h，確保猛鹽均勾分散在溶液中，然后分別取氧化石墨烯溶液7.5ml、7.5 wt%碳納米管水分散液36 ul加入燒杯中，接著攪拌2 h，讓溶液中物質(zhì)均勻分布，抽濾成膜。
[0022](3)將薄膜置于激光煅燒爐中使用2.4 W激光煅燒10秒，制得自支撐柔性復合電極薄膜材料。
[0023](4)自支撐柔性復合電極材料的電化學儲鋰性能測試:
把上述薄膜裁剪成直徑為14 mm的圓片。在高純氬氣保護的手套箱中，使用上述待測圓片和金屬鋰片為對電極，聚丙烯隔膜，I mo I/L LiPF6溶于體積比為1/1的EC/DMC為電解液，組裝成CR2032型扣式電池。充放電測試采用武漢金諾公司LAND CT2001A型充放電儀在0.005V至3.0 V間、不同電流下進行實施例3
制備自支撐復合電極材料其加入石墨烯碳納米管，錳鹽的質(zhì)量比為2:3:5，并測定其電化學儲鋰性能，具體步驟如下:
(I)制備0.6 mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液。
[0024](2)取0.0170g的錳配合物納米纖維加入燒杯中，向燒杯中加20 ml乙醇后放入超聲中超聲分散30min，接著在磁力攪拌器上攪拌I h，確保猛鹽均勾分散在溶液中，然后分別取氧化石墨烯溶液7.5ml、碳納米管水分散液54ul加入燒杯中，接著攪拌4 h，讓溶液中物質(zhì)均勻分布，抽濾成膜。
[0025](3)將薄膜置于激光煅燒爐中使用2.4 W激光煅燒10秒，制得自支撐柔性復合電極薄膜材料。
[0026](4)自支撐柔性復合電極材料的電化學儲鋰性能測試:
把上述薄膜裁剪成直徑為14 mm的圓片。在高純氬氣保護的手套箱中，使用上述待測圓片和金屬鋰片為對電極，聚丙烯隔膜，I mo I/L LiPF6溶于體積比為1/1的EC/DMC為電解液，組裝成CR2032型扣式電池。充放電測試采用武漢金諾公司LAND CT2001A型充放電儀在0.005V至3.0 V間、不同電流下進行。
【主權(quán)項】
1.一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟: (1)氧化石墨烯溶液配制 氧化石墨在溶劑中超聲分散處理2?12 h后，磁力攪拌12?24 h，再離心分離處理，得到氧化石墨烯溶液； (2)過渡金屬配合物納米纖維的制備 將可溶性過渡金屬鹽、氮川三乙酸加熱溶解于水和異丙醇的混合溶劑中，并在180?220°C反應6?12 h后，反應產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥處理后，得到過渡金屬配合物納米纖維； (3)復合電極材料的制備 氧化石墨稀、碳納米管，過渡金屬配合物納米纖維的質(zhì)量比按照2?5:1?5:4?10，將過渡金屬配合物納米纖維加入溶劑后，超聲分散處理5?30 min，然后分別加入碳納米管水分散液、氧化石墨烯溶液，攪拌混合6?18h后，將混合均勻的溶液抽濾，得到的濾膜進行激光煅燒5?30 S，制得厚度為20-50 μ m的復合電極材料薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的氧化石墨烯溶液濃度為0.2?20 mg/ml ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的溶劑可以是去離子水、乙醇、異丙醇、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的碳納米管水分散液濃度為1.5?7.5 wt%o5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的過渡金屬可以是錳、鎳、鈷元素中的一種或其混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的過渡金屬配合物納米纖維的直徑20?100 nm，長5?50 μπι。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，其特征在于所述的激光的能量為I?4 W。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池用自支撐柔性復合電極材料制備方法，該材料是以氧化石墨烯為粘接劑、碳納米管為導電劑以及過渡金屬配合物納米纖維為活性材料前驅(qū)體，通過超聲，攪拌，過濾和干燥工序，制得具有機械性能好、可彎折的自支撐柔性復合薄膜。這種復合薄膜經(jīng)過激光煅燒后不僅具有良好的電化學性能，而且仍保持其良好的柔韌性，可以彎曲，且該材料以交織的碳納米管以及激光熱還原的氧化石墨烯構(gòu)成導電網(wǎng)絡，為導電性較差的活性材料顆粒提供了更好的電子通道。由于無需使用粘結(jié)劑和集流體，該電極材料具有更好的活性材料比例，也進一步提高了電池的能量密度。
【IPC分類】B82Y30/00, H01M4/62, B82Y40/00, H01M4/48
【公開號】CN104934610
【申請?zhí)枴緾N201510226972
【發(fā)明人】姜一杰, 曾勇, 傅立民, 程少男, 陳德志
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月6日