CN109103435B - 一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 - Google Patents
一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109103435B CN109103435B CN201810976409.5A CN201810976409A CN109103435B CN 109103435 B CN109103435 B CN 109103435B CN 201810976409 A CN201810976409 A CN 201810976409A CN 109103435 B CN109103435 B CN 109103435B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium ion
- ion battery
- liquid alloy
- self
- prepared
- 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.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 29
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N hexadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 15
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- -1 polyethylene maleic anhydride copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 40
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 38
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000008098 formaldehyde solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 9
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910017835 Sb—Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011262 electrochemically active material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 229910003471 inorganic composite material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/387—Tin or alloys based on tin
-
- 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
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供了一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池。液态合金颗粒与正十六烷混合，液态合金颗粒作为负极活性材料，尿素、间苯二酚、氯化铵和聚乙烯马来酸酐共聚物反应生成树脂作为胶囊的外壳。与现有技术相比，本发明制备包裹了液态合金颗粒的胶囊，其化学性质稳定，再通过氩气气氛下的高温碳化，最终获得碳化液态合金材料。胶囊结构能够很好的容纳液态合金颗粒在充放电过程中的体积变化，大大提高液态合金颗粒结构完整性，具有自修复功能。以该材料作为锂离子电池的负极，具有容量高，循环性能稳定的特点。本发明提供的方法简单，产率高，而且，可控性好。
Description
技术领域
本发明属于新能源科技领域无机复合材料的制备，具体涉及一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池。
背景技术
电池容量及其循环稳定性等受到电极材料的体积膨胀/缩小的影响，产生电极开裂切断电子输运路径、活性材料从集流体脱离损失等，从而性能大幅衰减。传统的解决途径主要是：电化学活性材料与非活性材料复合；制备纳米结构电极；增加缓冲体积变化的材料等。这些方法一定程度提高了电池稳定性和寿命，但是增加大量非活性材料大幅降低电池容量和增加材料成本等，以及没有从根本上解决电极材料体积变化对电池性能造成的影响。
近年来，自修复材料逐渐引入到高稳定性电池研发。其中，一个重要途径是采用自修复材料包覆电池活性材料，形成复合材料，研制自修复电池。例如，采用自修复功能的导电聚合物包覆硅负极，该聚合物层具备伸缩特性，使得硅在体积变化过程中始终受到聚合物的包裹保护。同时，聚合物还可以嵌入硅产生的裂纹，从而保持良好的电学接触。
由于液体具备流体特性和表面张力，液体自修复电池材料被认为是极具发展潜力的方向。例如，将金属电极材料融化为液态，把该液体负载在导电碳或者碳纳米管，用于制作电池。有报道表明，Li||Bi液态金属电池可在550℃条件下工作，Li||Sb-Sn电池则可以在500℃工作。目前，发展室温液态的电极材料是重要挑战，其中，研发基于低熔点的合金是重要发展方向。镓的熔点29.8℃，理论容量769mAh/g，将其与其他金属电极材料复合，制备合金，则可同时实现室温液态与高容量。
液态电极材料锂电池的另一个重要挑战是液体的负载问题，传统方法将液滴负载在基底上(例如碳纤维、碳纳米管等)，电池在充放电过程中，极易脱落，容量衰减严重。目前，亟需探索有效的液体电极材料锚固方法，使其稳定地存在于电极之中，长期发挥充放电作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，通过胶囊包裹液态合金颗粒，设计合成液态合金微胶囊，内部空隙能缓冲体积变化，大大提高液态合金颗粒结构完整性，减少了充放电过程中的活性物质损失，从而改善了负极的储能性能。
本发明的另一目的在于提供一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料，采用上述方法制备得到。
本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池负极，采用上述液态合金胶囊材料制成。
本发明还有一个目的在于提供一种锂离子电池，使用包括液态合金胶囊材料制成的负极制成。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，包括下列步骤：
1)将液态合金颗粒与正十六烷混合，室温下超声分散，得混合溶液；
2)将尿素、间苯二酚和氯化铵的混合水溶液与聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液混合，搅拌混匀，调节pH，得混合溶液；
3)将步骤2)制备的混合溶液加热保温，向其中加入步骤1)制备的混合溶液，搅拌后，再逐滴滴加甲醛溶液，继续搅拌，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，停止加热，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊；
4)将步骤3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下碳化，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
进一步的，步骤1)中所述液态合金颗粒为质量比为88:12的镓和锡合金。液态合金颗粒粒径100-500nm。通过现有技术制备。
进一步的，步骤1)中所述液态合金颗粒的制备方法为：将金属镓和金属锡按照重量比88:12进行混合，然后在氩气保护下300℃进行煅烧，煅烧时间2h，随后取出冷却至室温，即得到液态合金颗粒。
步骤1)中液态合金颗粒与正十六烷的质量比为0.1-0.5:4-6。
步骤2)中所述调节pH是指通过三乙醇胺调节pH至3.5。
步骤2)中尿素、间苯二酚和氯化铵的用量比10:2:1。尿素、间苯二酚和氯化铵的混合水溶液中尿素的浓度为0.025g/mL。
步骤2)中所述聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液质量浓度为2.5-5wt％。
步骤2)中尿素、间苯二酚和氯化铵的混合水溶液和聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液体积比为2:1。
进一步的，步骤3)中所述加热保温是指恒温水浴加热至40-60℃，保温。
步骤3)中步骤1)制备的混合溶液、步骤2)制备的混合溶液和甲醛溶液的质量比为：4-7:60-100：3-4。
步骤3)中所述甲醛溶液为市售，质量浓度40％。
步骤3)中所述搅拌，速率为800-1000rpm；第一步搅拌时间为0.5-1h，第二步继续搅拌时间为1-10小时，优选2-5个小时。
步骤4)中所述碳化是指温度为500-700℃条件下炭化5-10小时。
本发明提供的一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料，采用上述方法制备得到。所制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料，呈圆球状，尺寸为10-50μm。
本发明提供的锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
本发明提供的一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
本发明中，液态合金颗粒与正十六烷混合，液态合金颗粒是作为锂离子电池的负极活性材料，提供充放电性能，正十六烷是作为颗粒的分散液(溶剂)；尿素、间苯二酚、氯化铵、聚乙烯马来酸酐共聚物是在一定pH值条件下，控制搅拌速度和加热温度，发生化学反应生成树脂作为胶囊的外壳，从而把液态合金颗粒的正十六烷溶液包裹在胶囊里面。三乙醇胺的作用是调节pH值。
与现有技术相比，本发明首先通过化学合成法获得包裹了液态合金颗粒的胶囊，其化学性质稳定，再通过氩气气氛下的高温碳化最终获得碳化液态合金材料。胶囊结构能够很好的容纳液态合金颗粒在充放电过程中的体积变化，大大提高液态合金颗粒结构完整性，具有自修复功能。以该材料作为锂离子电池的负极，具有容量高，循环性能稳定的特点。本发明通过化学合成法制备的液态合金胶囊，可控性好；胶囊结构能有效缓冲充放电过程中的体积膨胀；而且，实验过程简单，产率高。
附图说明
图1为实施例1制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图2为实施例2制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图3为实施例3制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图4为实施例3制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的透射电子显微镜(TEM)照片；
图5为实施例4制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图6为实施例5制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图7为实施例3制备的碳化液态合金胶囊作为锂离子电池在0.2C电流密度下的充放电曲线测试图。
具体实施方式
本发明使用的液态合金颗粒制备方法为：将金属镓和金属锡按照重量比88:12进行混合，然后，在氩气保护下300℃进行煅烧，煅烧时间2h，随后取出冷却至室温，即得到液态合金颗粒，液态合金颗粒粒径100-500nm。
实施例1
一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，包括下列步骤：
1)将0.1g液态合金颗粒与4g正十六烷混合，室温下超声分散20min，得混合溶液；
2)将含有1.25g尿素、0.25g间苯二酚和0.125g氯化铵的50mL混合水溶液加入到浓度为2.5wt％的25mL聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液当中，机械搅拌混匀，加入三乙醇胺调节pH至3.5，搅拌至完全溶解，混匀；得混合溶液；
3)将步骤2)所得混合溶液放入到恒温水浴锅中加热至40℃，保温，然后将1)制备的混合溶液加入步骤2)所得混合溶液中，在搅拌速率为800rpm的状态下机械搅拌0.5h后，逐滴滴加3.1g的甲醛溶液，继续800rpm机械搅拌2h，停止加热保温，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊。
4)将3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下500℃碳化5h，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
制备得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料呈圆球状，尺寸为10-50μm。
锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
实施例2
一种碳化液态合金胶囊的制备方法，包括下列步骤：
1)将0.2g液态合金纳米颗粒与4.5g正十六烷混合，室温下超声分散20min，得混合溶液；
2)将含有1.25g尿素、0.25g间苯二酚和0.125g氯化铵的50mL混合水溶液加入到浓度为3wt％的25mL聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液当中，机械搅拌混匀，加入三乙醇胺调节pH至3.5，搅拌混匀，全部溶解后，得混合溶液；
3)将步骤2)所得混合溶液放入到恒温水浴锅中加热至45℃，保温，然后将1)制备的混合溶液加入步骤2)所得混合溶液中，在搅拌速率为850rpm的状态下机械搅拌0.5h后，逐滴滴加3.2g的甲醛溶液，搅拌速率为850rpm继续机械搅拌4h，停止加热保温，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊。
4)将3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下550℃碳化6h，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料呈圆球状，尺寸为10-50μm。
锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
实施例3
一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，包括下列步骤：
1)将0.3g液态合金纳米颗粒与5g正十六烷混合，室温下超声分散20min，得混合溶液；
2)将含有1.25g尿素、0.25g间苯二酚和0.125g氯化铵的50mL混合水溶液加入到浓度为3.5wt％的25mL聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液当中，机械搅拌，并通过三乙醇胺调节pH至3.5，搅拌至全部溶解后，得混合溶液；
3)将步骤2)所得混合溶液放入到恒温水浴锅中加热至50℃，保温，然后将1)制备的混合溶液加入步骤2)所得混合溶液中，在搅拌速率为900rpm的状态下机械搅拌0.5h后，逐滴滴加3.3g的甲醛溶液，搅拌速率为900rpm机械搅拌6h，停止加热保温，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊。
4)将3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下600℃碳化7h，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料呈圆球状，尺寸为10-50μm。
锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
具体为：
将实施例3所得最终产物自修复微胶囊锂离子电池电极材料作为锂离子电池的负极活性材料，将所得活性材料与超导碳、聚偏氟乙烯以7：2：1的比例混合，以N-甲基吡咯烷酮溶剂调制成均匀浆状，涂覆在铜箔上，用刮刀将其均匀涂布成膜片状，均匀地附着于铜箔表面。之后将制成的涂层放于烘箱中，以60℃烘干12小时；烘干完成后移入真空干燥箱中，以60℃真空干燥10小时；再将干燥后的复合材料涂层采用机械裁片机裁剪电极片，以锂片作为对电极，电解液为市售1mol/L双三氟甲基磺酸亚酰胺锂/(乙二醇二甲醚+1,3-二氧戊环)溶液，利用电池测试仪进行充放电性能测试，所得产物作为锂离子负极材料在0.2C电流密度下的循环稳定性测试结果如图7所示。由图7可见，电池的循环稳定性好，循环200次后电池放电容量仍稳定在680mAh/g左右。
实施例4
一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，包括下列步骤：
1)将0.4g液态合金纳米颗粒与5.5g正十六烷混合，室温下超声分散20min，得混合溶液；
2)将含有1.25g尿素、0.25g间苯二酚和0.125g氯化铵的50mL混合水溶液加入到浓度为4wt％的25mL聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液当中，机械搅拌，并通过三乙醇胺调节pH至3.5，搅拌至全部溶解后，得混合溶液；
3)将步骤2)所得混合溶液放入到恒温水浴锅中加热至55℃，保温，然后将1)制备的混合溶液加入步骤2)所得混合溶液中，在搅拌速率为950rpm的状态下机械搅拌0.5h后，逐滴滴加3.4g的甲醛溶液，搅拌速率为950rpm机械搅拌8h，停止加热保温，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊。
4)将3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下650℃碳化8h，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料呈圆球状，尺寸为10-50μm。
锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
实施例5
一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，包括下列步骤：
1)将0.5g液态合金纳米颗粒与6g正十六烷混合，室温下超声分散20min，得混合溶液；
2)将含有1.25g尿素、0.25g间苯二酚和0.125g氯化铵的50mL混合水溶液加入到浓度为4.5wt％的25mL聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液当中，机械搅拌，并通过三乙醇胺调节pH至3.5，搅拌至全部溶解后，得混合溶液；
3)将步骤2)所得混合溶液放入到恒温水浴锅中加热至60℃，然后将1)制备的混合溶液加入步骤2)所得混合溶液中，在搅拌速率为1000rpm的状态下机械搅拌0.5h后，逐滴滴加3.5g的甲醛溶液，搅拌速率为1000rpm机械搅拌10h，停止搅拌加热，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊。
4)将3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下700℃碳化10h，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料。
得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料呈圆球状，尺寸为10-50μm。
锂离子电池负极，采用上述自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
一种锂离子电池，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
Claims (8)
1.一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：
1)将液态合金颗粒与正十六烷混合，室温下超声分散，得混合溶液；
2)将尿素、间苯二酚和氯化铵的混合水溶液与聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液混合，搅拌混匀，调节pH，得混合溶液；
3)将步骤2)制备的混合溶液加热保温，向其中加入步骤1)制备的混合溶液，搅拌后，再逐滴滴加甲醛溶液，继续搅拌，包裹了液态合金的胶囊游离在溶剂中，停止加热，过滤，干燥，即获得了液态合金胶囊；
4)将步骤3)制备得到的液态合金胶囊在氩气环境下碳化，得到自修复微胶囊锂离子电池电极材料；
步骤1)中液态合金颗粒与正十六烷的质量比为0.1-0.5:4-6；所述液态合金颗粒粒径100-500nm；
制备得到的自修复微胶囊锂离子电池电极材料，呈圆球状，尺寸为10-50μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述液态合金颗粒为质量比为88:12的镓和锡液态合金颗粒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述调节pH是指通过三乙醇胺调节pH至3.5。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中尿素、间苯二酚和氯化铵的用量比10:2:1；步骤2)中尿素、间苯二酚和氯化铵的混合水溶液和聚乙烯马来酸酐共聚物的水溶液体积比为2:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述加热保温是指恒温水浴加热至40-60℃，保温。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述碳化是指温度为500-700℃条件下炭化5-10小时。
7.锂离子电池负极，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述制备方法制备的自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成。
8.锂离子电池，其特征在于，使用包括自修复微胶囊锂离子电池电极材料制成的负极制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810976409.5A CN109103435B (zh) | 2018-08-25 | 2018-08-25 | 一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810976409.5A CN109103435B (zh) | 2018-08-25 | 2018-08-25 | 一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109103435A CN109103435A (zh) | 2018-12-28 |
| CN109103435B true CN109103435B (zh) | 2021-10-29 |
Family
ID=64850954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810976409.5A Active CN109103435B (zh) | 2018-08-25 | 2018-08-25 | 一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109103435B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111193017B (zh) * | 2019-12-06 | 2022-04-12 | 安徽师范大学 | 一种自修复水凝胶微胶囊复合材料及其制备方法及自修复锂硫电池正极、电池 |
| CN112271278B (zh) * | 2020-09-30 | 2021-09-24 | 中科南京绿色制造产业创新研究院 | 自愈合支化聚乙烯二胺水凝胶微胶囊复合材料、其制备方法和应用 |
| CN116496676A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-07-28 | 盐城工学院 | 一种基于电荷转移复合物的自预警涂层及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101202341A (zh) * | 2007-12-13 | 2008-06-18 | 复旦大学 | 锂离子电池用碳包覆合金纳米粒子电极材料及其制备方法 |
| CN102255079A (zh) * | 2011-05-17 | 2011-11-23 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种锂离子电池负极用锡碳复合材料及其制备方法和锂离子电池 |
| US8841014B1 (en) * | 2011-04-27 | 2014-09-23 | University Of Kentucky Research Foundation | Liquid metal electrodes for rechargeable batteries |
-
2018
- 2018-08-25 CN CN201810976409.5A patent/CN109103435B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101202341A (zh) * | 2007-12-13 | 2008-06-18 | 复旦大学 | 锂离子电池用碳包覆合金纳米粒子电极材料及其制备方法 |
| US8841014B1 (en) * | 2011-04-27 | 2014-09-23 | University Of Kentucky Research Foundation | Liquid metal electrodes for rechargeable batteries |
| CN102255079A (zh) * | 2011-05-17 | 2011-11-23 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种锂离子电池负极用锡碳复合材料及其制备方法和锂离子电池 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A room-temperature liquid metal-based self-healing anode for lithium-ion batteries with an ultra-long cycle life;Yingpeng Wu等;《Energy & Environmental Science》;20170802;第1854-1861页 * |
| Microencapsulation of gallium–indium (Ga–In) liquid metal for self-healing applications;B. J. Blaiszik等;《Journal of Microencapsulation》;20140204;第350-354页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109103435A (zh) | 2018-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201824622A (zh) | 用於鋰離子電池的陽極漿料 | |
| WO2022021933A1 (zh) | 非水电解质二次电池用负极材料及其制备方法 | |
| CN109103435B (zh) | 一种自修复微胶囊锂离子电池电极材料及其制备方法、锂离子电池负极及锂离子电池 | |
| CN108682833B (zh) | 一种磷酸铁锂基改性正极材料制备方法 | |
| CN111682173A (zh) | 一种多杂原子共掺杂炭壳包覆硅的复合材料及其制备方法 | |
| CN111146410B (zh) | 负极活性材料及电池 | |
| CN113206249B (zh) | 一种具有良好电化学性能的锂电池硅氧复合负极材料及其制备方法 | |
| CN115072703B (zh) | 一种复合负极材料及其制备方法、应用 | |
| CN110474029B (zh) | 一种锂硫电池正极复合材料及其制备方法 | |
| CN105845886A (zh) | 一种离子电池负极材料及其制备方法 | |
| US11225418B2 (en) | Method of preparing carbon-graphene-lead composite particles | |
| CN114824200A (zh) | 一种分层级碳包覆硅微纳复合负极材料及其制备方法、应用 | |
| CN112952048A (zh) | 硅碳复合负极材料及其制备方法、电极和二次电池 | |
| CN112694080B (zh) | 一种具有嵌入式导电网络结构的炭微球、制备方法及其储能应用 | |
| CN113451575B (zh) | 锂离子电池负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池 | |
| CN110600701B (zh) | 一种锂离子电池LiMnPO4正极炭包覆的制备方法 | |
| CN110993953A (zh) | 正极片、固态化学电源及制备方法 | |
| CN116332154A (zh) | 一种多孔硅碳负极材料的制备方法 | |
| CN113594461B (zh) | 一种碳硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN115249799A (zh) | 钠离子电池松香基氮掺杂包覆硬碳负极材料及其制备方法 | |
| CN114843483A (zh) | 一种硬碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114497507A (zh) | 一种快充石墨复合材料及其制备方法 | |
| CN111490235B (zh) | 基于转换反应的微米颗粒高容量锂离子电池负极材料及其制备方法和应用 | |
| CN114162814A (zh) | 一种石墨的改性方法 | |
| CN110400924B (zh) | 一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |