CN106299552A - 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法 - Google Patents

石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106299552A
CN106299552A CN201610906491.5A CN201610906491A CN106299552A CN 106299552 A CN106299552 A CN 106299552A CN 201610906491 A CN201610906491 A CN 201610906491A CN 106299552 A CN106299552 A CN 106299552A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
flexible membrane
lithium
pipe flexible
graphitized carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610906491.5A
Other languages
English (en)
Inventor
孙晓刚
蔡满园
邱志文
陈珑
刘珍红
王杰
陈玮
李旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201610906491.5A priority Critical patent/CN106299552A/zh
Publication of CN106299552A publication Critical patent/CN106299552A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，以石墨化碳纳米管柔性膜作为空气正极、锂片为负极，电解质溶液采用1mol/L LiPF6，隔膜采用多孔性聚乙烯膜，将空气正极、负极、电解液、隔膜在惰性气氛中封装所得锂空气电池；石墨化碳纳米管柔性膜的制备是：首先制备碳纳米管分散液；然后以铝箔或铜箔作为基底，制备碳纳米管薄膜；最后将制备的碳纳米管薄膜在1000‑1500℃经缓慢升温炭化处理，再经2300‑3000℃石墨化处理，压延。本发明的石墨化碳纳米管柔性膜经碳化和石墨化处理，去除了非碳成分，提高了导电性，同时使极片中产生了大量微孔，大幅增加极片的表面积，有利于空气扩散和化学反应，提高了锂空气电池的性能。

Description

石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂空气电池技术。
背景技术
锂空气电池是一种新型电池，是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池，锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，理论比容量达到11140Wh/kg，但是由于碳空气电极、电解液以及催化剂和负极保护等方面还存在诸多问题，目前锂离子空气电池性能还远远没有达到。
作为锂空气电极的正极，碳纳米管由于SP2杂化产生的离域大π键，拥有良好的导电性能。同时，碳纳米管中空的一维结构使其具有良好的气体吸附于存储能力，是一种理想的锂空气电池正极材料。
发明内容
本发明的目的是提出一种石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法。
本发明所述的石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，其特征是：以石墨化碳纳米管柔性膜作为空气正极、锂片为负极，电解质溶液采用1mol/L LiPF6，隔膜采用多孔性聚乙烯膜，将空气正极、负极、电解液、隔膜在惰性气氛中封装所得锂空气电池。
本发明所述的石墨化碳纳米管柔性膜是通过以下步骤制备。
a）将碳纳米管分散，以乙醇、去离子水或NMP（N-甲基吡咯烷酮）中一种或两种以上作为溶剂，加入粘接剂、分散剂以及催化剂，通过球磨、超声或高速剪切方式中的一种或两种以上方式，制成固含量1-5%的碳纳米管分散液。
b）以铝箔或铜箔作为基底，将碳纳米管分散液均匀涂覆在基底表面，控制面积和厚度，烘干。
c）以盐酸、硝酸、硫酸或烧碱作为腐蚀剂，将薄膜浸泡于腐蚀剂中10~24h，腐蚀基底，取出碳纳米管薄膜，烘干。
d）将制备的碳纳米管薄膜在1000-1500℃经缓慢升温炭化处理，再经2300-3000℃石墨化处理，经过最后的压延，得到石墨化碳纳米管柔性膜。
步骤a）中所述的粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）或聚偏氟乙烯（PVDF）等。
步骤a）中所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）或十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种或两种。
步骤a）中所述的催化剂为四氧化三钴、二氧化锰、铂、氧化镍、四氧化三铁或氧化铜类催化剂中的一种或者两种以上。
本发明制备的石墨化碳纳米管柔性膜经过碳化和石墨化处理，去除了正极中的非碳成分，进一步提高了正极的导电性，同时由于粘结剂中的非碳成分在高温下被去除，使得正极极片中产生大量的微孔，大幅增加极片的表面面积，这有利于空气的扩散和化学反应的进行，从而提高锂空气电池的性能。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。但本发明并不限于以下实施例。
实施例1。
碳纳米管300 r/min球磨3h。以NMP为溶剂，碳纳米管（CNTs）为基本材料，按ＮＭＰ：CNTs：PVDF：SDS：催化剂为86:5:4:２：３质量比配置，调节固含量为５%，高速剪切2h，制浆。选铝箔为基底材料，取浆液10ml，涂覆成5x8cm2的区域，50℃烘干，成膜。将铝箔模块置于盐酸溶液中浸泡24h，使基底完全腐蚀，小心取出晾干。将制备的CNTs膜1200℃炭化，再2600℃石墨化，取出压实。且经过炭化和石墨化处理。以锂片为负极，石墨化碳纳米管柔性膜为正极，多孔性聚乙烯膜的隔膜（Celgard 2400），按照负极/隔膜/正极的方式组装成扣式电池并在正极一侧金属外壳上钻1个直径0.5mm的小孔。
实施例2。
碳纳米管300r/min球磨3h。以NMP为溶剂，碳纳米管（CNTs）为基本材料，按ＮＭＰ：CNTs：PVDF：SDS：催化剂为8７::4:２：３质量比配置，调节固含量为4%，高速剪切３h，制浆。选铝箔为基底材料，取浆液10ml，涂覆成5x8cm2的区域，50℃烘干，成膜。将铝箔模块置于盐酸溶液中浸泡24h，使基底完全腐蚀，小心取出晾干。将制备的CNTs膜1300℃炭化，再2800℃石墨化，取出压实。且经过炭化和石墨化处理。以锂片为负极，碳纳米管柔性膜为正极，多孔性聚乙烯膜的隔膜（Celgard 2400），按照负极/隔膜/正极的方式组装成扣式电池并在正极一侧金属外壳上钻3个直径0.5mm的小孔。

Claims (4)

1.石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，其特征是以石墨化碳纳米管柔性膜作为空气正极、锂片为负极，电解质溶液采用1mol/L LiPF6，隔膜采用多孔性聚乙烯膜，将空气正极、负极、电解液、隔膜在惰性气氛中封装所得锂空气电池；
所述的石墨化碳纳米管柔性膜是通过以下步骤制备：
a）将碳纳米管分散，以乙醇、去离子水或N-甲基吡咯烷酮中一种或两种以上作为溶剂，加入粘接剂、分散剂以及催化剂，通过球磨、超声或高速剪切方式中的一种或两种以上方式，制成固含量1-5%的碳纳米管分散液；
b）以铝箔或铜箔作为基底，将碳纳米管分散液均匀涂覆在基底表面，控制面积和厚度，烘干；
c）以盐酸、硝酸、硫酸或烧碱作为腐蚀剂，将薄膜浸泡于腐蚀剂中10~24h，腐蚀基底，取出碳纳米管薄膜，烘干；
d）将制备的碳纳米管薄膜在1000-1500℃经缓慢升温炭化处理，再经2300-3000℃石墨化处理，经过最后的压延，得到石墨化碳纳米管柔性膜。
2.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，其特征是步骤a）中所述的粘结剂为丁苯橡胶；、羧甲基纤维素；或聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，其特征是步骤a）中所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法，其特征是步骤a）中所述的催化剂为四氧化三钴、二氧化锰、铂、氧化镍、四氧化三铁或氧化铜类催化剂中的一种或者两种以上。
CN201610906491.5A 2016-10-19 2016-10-19 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法 Pending CN106299552A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610906491.5A CN106299552A (zh) 2016-10-19 2016-10-19 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610906491.5A CN106299552A (zh) 2016-10-19 2016-10-19 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106299552A true CN106299552A (zh) 2017-01-04

Family

ID=57718852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610906491.5A Pending CN106299552A (zh) 2016-10-19 2016-10-19 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106299552A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611478A (zh) * 2017-08-20 2018-01-19 桂林理工大学 一种导电胶体电解质锂空气电池的组装方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130001170A (ko) * 2011-06-24 2013-01-03 한양대학교 산학협력단 리튬 공기 전지
CN105047941A (zh) * 2015-06-24 2015-11-11 南昌大学 一种涂覆碳纳米管薄膜的铝/铜箔的制备方法
CN105514434A (zh) * 2016-01-19 2016-04-20 南昌大学 一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法
CN105810951A (zh) * 2014-12-30 2016-07-27 北京有色金属研究总院 一种锂空气电池用空气正极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130001170A (ko) * 2011-06-24 2013-01-03 한양대학교 산학협력단 리튬 공기 전지
CN105810951A (zh) * 2014-12-30 2016-07-27 北京有色金属研究总院 一种锂空气电池用空气正极及其制备方法
CN105047941A (zh) * 2015-06-24 2015-11-11 南昌大学 一种涂覆碳纳米管薄膜的铝/铜箔的制备方法
CN105514434A (zh) * 2016-01-19 2016-04-20 南昌大学 一种晶须状碳纳米管薄膜的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611478A (zh) * 2017-08-20 2018-01-19 桂林理工大学 一种导电胶体电解质锂空气电池的组装方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Song et al. Fe-N-doped carbon nanofiber and graphene modified separator for lithium-sulfur batteries
CN110993949B (zh) 一种具有多重包覆结构的负极材料、其制备方法和用途
Su et al. A new approach to improve cycle performance of rechargeable lithium–sulfur batteries by inserting a free-standing MWCNT interlayer
Ding et al. Chemically tailoring the nanostructure of graphene nanosheets to confine sulfur for high-performance lithium-sulfur batteries
Luo et al. Freestanding reduced graphene oxide–sulfur composite films for highly stable lithium–sulfur batteries
CN106374113A (zh) 石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法
CN108336317B (zh) 一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法
CN102034981A (zh) 一种锂离子电池负极用集流体
Kim et al. Facile fabrication of highly flexible graphene paper for high-performance flexible lithium ion battery anode
Ding et al. Fabrication of a sandwich structured electrode for high-performance lithium–sulfur batteries
CN111217355B (zh) 一种铁硫化物@硫杂化多孔碳正极前驱体材料及其载硫正极活性材料的制备和应用
CN101521273B (zh) 一种制备锡-碳/核-壳纳米粒子完全填充碳纳米管复合负极材料的原位合成方法
He et al. Boosting the electrocatalytic performance of carbon nanotubes toward V (V)/V (IV) reaction by sulfonation treatment
CN108172760A (zh) 一种纸复合电极及其制备方法
Chen et al. Integration of porous graphitic carbon and carbon fiber framework for ultrahigh sulfur-loading lithium–sulfur battery
US20220416230A1 (en) Electrode materials, and methods of manufacturing and use thereof
CN109671907A (zh) 锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用
CN107827091B (zh) 一种质子化改性类石墨氮化碳材料及其制备和在锂离子电池负极材料中的应用
CN104425856B (zh) 锂空气电池及正极复合体
CN106299552A (zh) 石墨化碳纳米管柔性膜锂空气电池的制备方法
CN103031771A (zh) 碳纳米管/活性碳核壳结构碳纸及其制备方法
CN111987312A (zh) 适用于高倍率充放电的锂硫电池正极材料及其制备方法和正极片及其制备方法
CN109449440B (zh) 微孔超薄软碳纳米片及其制备方法和应用
CN116598417A (zh) 空气电极制备方法及金属空气电池
CN111384368A (zh) 一种碳硒复合材料及其制备方法和在锂硒电池中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170104