CN105932335B - 含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含锂有机‑无机复合导电储能材料芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将无机材料、有机材料分别制备成均匀浆料；实现混料过程中各组分浓度的连续变化并喷涂于基体；利用电阻线圈的疏密控制辐射强度的梯度变化，获得固化条件、材料组分连续变化的材料芯片。可以用来制备锂离子电池的复合电解质极片。通过有机‑无机材料的流量连续变化并混合涂覆，实现材料芯片中有机‑无机组分浓度的连续变化；利用梯度辐射技术，实现材料芯片中有机组分的聚合、交联、玻璃化程度，及有机‑无机组分间界面接触状态的连续变化。本发明可用于锂电池复合材料的低成本、高通量制备，可实现锂电池有机‑无机复合材料的快速表征和筛选。

Description

含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法
技术领域
本发明属于电化学功能材料的高通量研究领域，特别是涉及一种含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法。
背景技术
由于环境友好、循环稳定、高能量密度、应用广泛等优点，锂离子电池是目前最具应用价值和发展潜力的储能技术之一。然而随着科技的进步和社会的发展，现有的锂电池储能、导电材料不足以满足研究和产业的需求。在此方面，电化学工作者已投入了大量的时间、精力和资源，但是由于传统研究方法中样品制备方式的限制，新材料的制备和应用研究进展缓慢。
高通量技术的研发和应用为突破电池材料传统研究技术的瓶颈提供了可能。利用材料制备过程中某一个或几个变量连续变化的控制，可以在一次研究中同时制备技术可控范围内的所有样品，大大提高了样品的制备速度。配以相应的材料检测技术，可以有效提高材料的制备、表征和技术改进速度。
在本发明中，提出了一种含锂有机-无机复合材料芯片的制备技术。通过对各组分比例和辐射处理过程的梯度变化的二维控制，此技术可以用于新型正极材料、固态电解质的组成、筛选、应用等方面的高通量研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其可用于锂电池复合材料的低成本、高通量制备，配合相应的测试手段，可实现锂电池有机-无机复合材料的快速表征和筛选。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将无机材料、有机材料分别制备成均匀浆料，有机材料浆料的制备：将锂盐和有机材料按照质量比为1%~30%称量后， 加入到溶剂中，搅拌至形成均匀溶液；无机材料浆料的制备：将无机粉末按照质量比为1%-30%加入到溶剂中，超声分散和搅拌，至形成均匀浆料；
步骤二、磁控阀门控制步骤一中所述浆料的各自进料流速，实现混料过程中各组分浓度的连续变化并喷涂于基体；
步骤三、对步骤二制备的样品进行热处理，利用电阻线圈的疏密控制辐射的梯度变化，获得固化条件、材料组分连续变化的材料芯片。
优选地，所述材料芯片由无机材料-有机材料复合制备且含锂，无机、有机材料材料浓度呈梯度变化，热辐射强度呈梯度变化。
优选地，所述无机材料包括A、B、C、D，其中A、B、C为Na、K、Mg、Al、Zn、Ti、Zr、Rb、Cs、La、Si、Ge、P，D为O或S，且x，y为0~5，z为1~6，n为1~12，亦或者为Li2O与Li2S中的一种或几种的混合化合产物。
优选地，所述有机材料为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷，及其修饰衍生物中一种或几种的组合，且含有锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，高氯酸锂，硝酸锂，含氟甲磺酰亚胺锂中一种或几种的组合。
优选地，所述溶剂为四氢呋喃、乙腈、水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四甘醇二甲醚、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一种或几种的混合。
优选地，所述材料芯片经由组分连续变化的混合后，利用3D打印、喷涂或刮膜等方式附着于绝缘体或材质为Al、Cu、Si或其他电导率>10-2 S/cm的单质或复合材料的基体上并烘干，再经由阻抗、半导体测试仪等设备连续检测，其中无机材料的浓度、有机材料的浓度均呈梯度变化且附着物的总密度不变。
优选地，所述辐射采用微波、红外、紫外辐射源，其中辐射强度呈梯度变化。
优选地，所述含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法能同时将多枚芯片按顺序排列。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过有机-无机材料的流量连续变化并混合涂覆，实现材料芯片中有机-无机组分浓度的连续变化；利用梯度辐射技术，实现材料芯片中有机组分的聚合、交联、玻璃化程度，及有机-无机组分间界面接触状态的连续变化。本发明可用于锂电池复合材料的低成本、高通量制备，配合相应的测试手段，可实现锂电池有机-无机复合材料的快速表征和筛选。
附图说明
图1为材料芯片涂覆的示意图。
图2为梯度热辐射处理的示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本发明含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将无机材料3、有机材料4分别制备成均匀浆料5；有机材料浆料的制备：将锂盐和有机材料按照质量比为1%-30%称量后，加入到溶剂中，搅拌至形成均匀溶液；无机材料浆料的制备：将无机粉末按照质量比为1%-30%加入到溶剂中，超声分散和搅拌，至形成均匀浆料；
步骤二、磁控阀门2控制步骤一中所述浆料的各自进料流速，实现混料过程中各组分浓度的连续变化并喷涂于基体1；
步骤三、对步骤二制备的样品进行热处理，利用电阻线圈的疏密控制辐射的梯度变化，获得固化条件、材料组分连续变化的材料芯片。
所述材料芯片由无机材料-有机材料复合制备且含锂，通过对浆料的流速控制，实现无机材料材料浓度A2、有机材料材料浓度B2呈梯度变化，辐射强度呈梯度变化。通过热辐射强度呈梯度变化，实现材料芯片中有机组分的聚合、交联、玻璃化程度，及有机-无机组分间界面接触状态的连续变化，获得二维连续变化的材料芯片。
所述无机材料包括A、B、C、D，其中A、B、C为Na、K、Mg、Al、Zn、Ti、Zr、Rb、Cs、La、Si、Ge、P，D为O或S，且x，y为0~5，z为1~6，n为1~12，亦或者为Li2O与Li2S中的一种或几种的混合化合产物。无机粉末的加入可提高复合物的电导和机械强度。
所述有机材料为聚环氧乙烷（PEO）、聚环氧丙烷（PPO）、聚丙烯腈（PAN）、聚氯乙烯（PVC），聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、甲基丙烯酸酯（MMA）、聚甲基丙烯酸酯（PMMA）、聚二甲基硅氧烷（PDMS），及其修饰衍生物中一种或几种的组合，且含有锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，高氯酸锂，硝酸锂，含氟甲磺酰亚胺锂中一种或几种的组合。 锂盐的加入及对其含量的调控，可实现对复合材料电导的调控。
所述中溶剂为四氢呋喃、乙腈、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺（DMF）、四甘醇二甲醚（TEGDME）、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一种或几种的混合。通过溶剂的加入，更好的控制无机材料和有机材料的含量及实现均匀混合。
所述材料芯片经由组分连续变化的混合后，利用3D打印、喷涂或刮膜等方式附着于绝缘体或材质为Al、Cu、Si或其他电导率>10-2 S/cm的单质或复合材料的基体上并烘干，再经由阻抗、半导体测试仪等设备连续检测，其中无机材料的浓度、有机材料的浓度均呈梯度变化且附着物的总密度不变，实现连续变化样品的快速制备。
所述辐射采用微波、红外、紫外辐射源，其中辐射强度呈梯度变化。通过对温度梯度C2的调控，实现有机组分的聚合、交联、玻璃化程度，及有机-无机组分间界面接触状态的连续变化。
所述含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法能同时将多枚芯片按顺序排列，实验连续变化样品的高通制备。
本发明通过对各组分比例和辐射处理过程的梯度变化的二维控制，此技术可以用于新型正极材料、固态电解质的组成、筛选、应用等方面的高通量研究。将无机材料、有机材料分别制备成均匀浆料后，由磁控阀门控制各自进料流速，实现混料过程中各组分浓度的连续变化并喷涂于基体（如图1所示）。然后利用电阻线圈的疏密控制辐射的梯度变化，获得加热条件、材料组分连续变化的材料芯片（如图2所示）。
本发明可以用来制备锂离子电池的复合电解质/极片，通过有机-无机材料的流量连续变化并混合涂覆，实现材料芯片中有机/无机组分浓度的连续变化；利用梯度辐射技术，实现材料芯片中有机组分的聚合、交联、玻璃化程度，及有机-无机组分间界面接触状态的连续变化。本发明可用于锂电池复合材料的低成本、高通量制备，配合相应的测试手段，可实现锂电池有机-无机复合材料的快速表征和筛选。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将无机材料、有机材料分别制备成均匀浆料，有机材料浆料的制备：将锂盐和有机材料按照质量比为1％～30％称量后，加入到溶剂中，搅拌至形成均匀溶液；无机材料浆料的制备：将无机粉末按照质量比为1％-30％加入到溶剂中，超声分散和搅拌，至形成均匀浆料；
步骤二、磁控阀门控制步骤一中所述浆料的各自进料流速，实现混料过程中各组分浓度的连续变化并喷涂于基体；
步骤三、对步骤二制备的样品进行热处理，利用电阻线圈的疏密控制辐射的梯度变化，获得固化条件、材料组分连续变化的材料芯片。
2.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述材料芯片由无机材料-有机材料复合制备且含锂，无机、有机材料材料浓度呈梯度变化，辐射强度呈梯度变化。
3.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述有机材料为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷，及其修饰衍生物中一种或几种的组合，且含有锂盐，锂盐包括六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，高氯酸锂，硝酸锂，含氟甲磺酰亚胺锂中一种或几种的组合。
4.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、乙腈、水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四甘醇二甲醚、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一种或几种的混合。
5.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述材料芯片经由组分连续变化的混合后，利用喷涂方式附着于绝缘体或材质为Al、Cu、Si或其他电导率>10-2S/cm的单质或复合材料的基体上并烘干，再经由阻抗、半导体测试仪设备连续检测，其中无机材料的浓度、有机材料的浓度均呈梯度变化且附着物的总密度不变。
6.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述辐射采用微波、红外、紫外辐射源，其中辐射强度呈梯度变化。
7.如权利要求1所述的含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法，其特征在于，所述含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法能同时将多枚芯片按顺序排列。
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