CN104485444A - 一种柔性电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开实施了一种柔性电极材料的制备方法，本发明的实施例的方法中，利用柔性碳布的重量轻、强度高、电子传输快等优点，作为锂电池电极材料的基底，以有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）为主要原料，通过烧结处理后制备出了一种柔性五氧化二钒电极材料。该制备方法具有工艺简单、反应条件温和、能耗小、无污染等特点，相比其他制备工艺具有明显优势。该方法制备的电极材料柔性好、质量轻、循环稳定性好、倍率性能优良，满足其在柔性储能器件中的应用，并且此方法可推广至其他柔性氧化物（氧化铁，氧化锰，氧化钴，氧化镍等）电极材料的制备。

Description

一种柔性电极的制备方法
技术领域
本发明于锂离子电池领域，具体涉及一种柔性电极材料及其制备方法。
背景技术
随着全球能源问题的日益突出，各国对于新一代清洁能源的开发显得十分紧迫。锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话、手提电脑等电子产品中，日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。近年来，作为下一代最有前景之一的柔性/可折叠光电子器件的研究备受瞩目。但如何发展高柔性、高能量密度、功率密度以及良好循环稳定性的二次电池高电池仍是困扰大多数科研人员的一个巨大难题。电极材料是高性能二次电池发展的关键因素之一，尤其是正极材料。但是考虑到现有的正极材料，其比容量都比较低，大约在140mAh/g，开发新的高容量的锂离子电池正极材料具有非常重要的理论研究意义和实际应用价值。
五氧化二钒正极材料，由于其具有合适于容纳大量锂离子的层状结构，具有较高的理论比容量、资源丰富、价格低廉等特点，而成为目前重点研究的新一代锂离子电池电极材料之一。目前五氧化二钒电极材料的制备方法有很多，但是所制备的材料一般循环稳定性都比较差，且制备过程复杂耗时，能量消耗较大，合成成本高。
针对这些现状，我们设计构建出了一种基于有机钒源的五氧化二钒微纳米颗粒担载在碳布上的复合结构，用作新型柔性高性能锂离子电池电极材料。该工作创新点在于：1、该制备方法具有工艺简单、反应条件温和、能耗小、无污染等特点，相比其他制备工艺具有明显优势，而且该方法制备的电极材料柔性好、质量轻、循环稳定性好、倍率性能优良；2、用新型碳材料取代传统的金属集流体，降低了成本，减轻了整体质量，并以此发挥出碳布巨大的网络传输电子优势，极大的提高了电池的倍率性能；3、新颖的微纳米级的五氧化二钒/碳布三维结构极大的增加了单位体积内电极材料质量，使电解液最大程度的与之接触，减少电极材料在电池充放电过程中由于锂离子嵌入/脱出带来的体积改变，结果显示电池在50次循环后仍然具有高达250 mAh/g的比容量。
发明内容
本发明的目的是以有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）为主要原料，以碳布为基底，通过烧结处理后制备出了一种柔性五氧化二钒电极材料。该制备方法具有工艺简单、成本低廉、能耗小、无污染等特点，相比其他制备工艺具有明显优势。
本发明的公开技术方案包括：一种柔性电极材料的制备方法，其特征在于以有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）为主要原料，以柔性较好的碳布为基底，在空气中利用简单的控温烧结的方法制备出了柔性的五氧化二钒电极材料。
本发明中所述的制备方法的具体步骤如下：首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）加入到瓷舟中，将碳布置于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，控温烧结，冷却即得到碳布负载的五氧化二钒电极材料。
本发明所述的制备方法中烧结温度为250-400℃，保温时间为2-6小时。
本发明所述有机钒在微纳米级别，颗粒尺寸在2微米左右，所使用的碳布纤维尺寸在10微米左右。
本发明所述的柔性电极材料用于锂离子电池的正极材料，并应用于柔性储能器件。
附图说明
图1为本发明制备的五氧化二钒颗粒/碳布复合材料的扫描电镜图片。
图2为本发明制备的五氧化二钒颗粒/碳布复合的电极材料的图片。
图3为本发明制备的五氧化二钒颗粒/碳布复合的电极材料柔性测试过程图片。
图4为本发明制备的五氧化二钒颗粒/碳布复合电极材料作为锂离子电池的正极材料的50次循环性能曲线和库伦效率曲线。
图5为本发明制备的五氧化二钒钒颗粒/碳布复合电极材料作为锂离子电池的正极材料在不同放电倍率下循环30次的比容量。
图6为本发明制备的五氧化二钒颗粒/碳布复合电极材料作为锂离子电池的正极材料的充放电曲线。
具体实施方式
该发明可推广至其他柔性氧化物电极材料，以实施例结合附图详细说明。
实施例一
制备乙酰丙酮氧钒/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮氧钒加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的五氧化二钒电极材料。
制备的碳布负载的五氧化二钒电极材料的形貌和性能测试。
以扫描电子显微镜（SEM,Philips-XL-30FEG）图表征了所得复合材料的形貌，以金属锂作为辅助电极和参比电极，含有1M/LLiPF6的碳酸乙烯酯（EC）和碳酸甲乙酯（EMC）混合溶液为电解液，其中EC:EMC=1:1，在充满氩气的手套箱中进行电池的组装。从图4可以看出电池在循环50次后仍然具有高达220 mAh/g的比电容量。从图5可以看出在0.5C电流密度下放电容量近250 mAh/g，显示出了优越的倍率性能。从图6可以看出电池倍率性能好，说明电池内阻比较小，充放电迅速。
实施例二
制备乙酰丙酮钒/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮钒加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的五氧化二钒电极材料。
实施例三
制备乙酰丙酮铁/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮钒铁加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的四氧化三铁电极材料。
实施例四
制备乙酰丙酮锰/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮锰加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的二氧化锰电极材料。
实施例五
制备乙酰丙酮钴/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮钴加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的氧化钴电极材料。
实施例六
制备乙酰丙酮镍/碳布复合的柔性电极材料
首先将碳布在乙醇中超声30min左右，将乙酰丙酮镍加入到瓷舟中，将碳布至于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中250-400℃保温2-6小时，冷却即得到碳布负载的氧化镍电极材料。
以上通过具体实例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于这些具体的实施例对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和代替页都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所做的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种柔性电极的制备方法，其特征在于以有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）为主要原料，以柔性较好的碳布为基底，在空气中利用简单的控温烧结的方法制备出了柔性的五氧化二钒电极材料。
2.一种如权利要求1所述的一种柔性电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：首先将碳布在乙醇中超声30分钟左右，将有机钒（乙酰丙酮氧钒或乙酰丙酮钒等）加入到瓷舟中，将碳布置于瓷舟上方，加盖另一瓷舟封闭，空气中控温烧结，冷却即得到碳布负载的五氧化二钒电极材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2中的烧结温度为250-400℃，保温时间为2-6小时。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2中所使用的有机钒在微米级，颗粒尺寸在3微米左右，所使用的碳布纤维尺寸在10微米左右。
5.根据权利1所述的柔性电极材料在锂离子电池中的应用，其特征在于，柔性电极材料用于锂电池的正极材料，并应用于柔性储能器件。
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