CN111564632A - 用于柔性电池的电极浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于柔性电池的电极浆料的制备方法，由以下步骤制得：在水中加入分散剂A，搅拌使其完全溶解，再加入导电碳材料，充分进行剪切，形成均匀的悬浊液，再加入活性物质，剪切使其完全浸润并均匀分散，将表面处理后的导电碳材料加入上述溶液中，最后加入分散剂B，充分搅拌均匀。本发明提供的浆料成分均匀，浆料稳定性优异。

Description

用于柔性电池的电极浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及光电能源技术领域，特别涉及一种用于柔性电池的电极浆料的制备方法。
背景技术
柔性电子器件近年来发展迅速，具有轻薄、柔软、可变形、便携、可大面积、外形设计灵活等优点。目前已有公司推出了系列柔性屏电子产品。在此趋势下，与电子器件匹配的柔性电源的发展，被赋予重要的意义。
传统电池，包括锂电池、锌锰电池、铅酸电池等大多为刚性的材料和结构，在强制弯曲、或折叠时，会造成电极活性物质脱离和变形，导致电池失效，甚至安全问题。而使用传统电池的电极制备方法，显然无法满足柔性电池对电极承受反复的弯曲变形的要求的能力。而柔性电池中，其中所使用的电极浆料的性能非常重要，特别是导电碳都表面能非常高，容易形成固体粉末严重团聚，导致电池性能下降，为此本发明由此而来。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的柔性电池中所使用的电极浆料性能容易降低的缺陷，提供一种用于柔性电池的电极浆料及其制备方法。
本发明提供一种用于柔性电池的电极浆料的制备方法，由如下步骤制得：
(1)在水中加入分散剂A，搅拌使其完全溶解，再加入导电碳材料，充分进行剪切，形成均匀的悬浊液，
(2)向前述悬浊液中加入活性物质，剪切使其完全浸润并均匀分散，
(3)取导电碳材料进行表面处理，接枝亲水官能团，然后加入上述溶液中，
(4)最后加入分散剂B，充分搅拌均匀。
优选地，所述导电碳材料选自导电炭黑、活性炭、乙炔黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。
优选地，所述步骤(3)导电碳材料的表面处理的方法，选自紫外光照处理、臭氧氧化、酸氧化、氧化剂氧化方法中的一种或几种组合，且不限于以上无机物表面氧化方法，进一步，优选为紫外光照、臭氧氧化、酸氧化处理。
所述活性物质为电解二氧化锰，优选粒径为30～1200目，进一步优选为60～400目。
优选地，所述电极浆料中活性物质、导电碳材料、接枝导电碳材料、分散剂(A和B)在所有固体物质中质量含量依次为40-96％、2.5-55％、1-20％、0.5-20％，进一步优选的含量为70-92％、4-26％、1-10％、2-15％。
分散剂A和分散剂B的质量百分比为1:1-2。
优选地，所述分散剂A和分散剂B为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或其组合，所述非离子表面活性剂，包括但不限于聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮；阴离子表面活性剂，包括但不限于十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素、脂肪醇醚硫酸钠，也可以为上述表面活性剂的任意组合，进一步优选，分散剂A和分散剂B为不同类活性剂。
优选地，所述剪切方法应用在多个步骤中，所用剪切方法包括但不限于机械搅拌剪切、超声分散剪切、高压喷射剪切、高速球磨剪切等，优选的，在添加接枝导电碳前后。
优选地，分散剂B需预先制备浓缩分散溶液，再分多次加入浆料。
本发明中提供了一种用于柔性电池的电极浆料的制备方法。在具体步骤中，分散剂分不同作用分次添加，对固体颗粒的分散起到不同作用。本发明中，分散剂A的主要作用是包覆在活性材料及导电碳等固体颗粒表面，改善其与溶剂的相亲性，并提高其保持独立存在而不发生二次团聚。因此在接枝导电碳加入浆料前，首先使分散剂A完全溶解并均匀分散溶液中，然后对浆料进行分次的高速剪切分散，以打开从原材料中带来的团聚结构，并使分散剂A均匀的包覆在颗粒表面。由于导电碳与表面接枝基团之间通过共价键连接，连接的共价健数不多，强度不高，所以加入接枝导电碳后，必须降低剪切强度以保持完整的接枝导电碳结构。分散剂B的主要作用是在连接电极材料颗粒，在干燥后，使极片保持优秀的柔性，便于后续加工，以及在使用时保持电池性能的稳定性。
针对不同特点的导电碳材料，本发明要求使用不同的剪切方法，如导电炭黑比表面积大，颗粒粒径低，可在含有少量分散剂的稀溶液中进行强剪切使其分散，而对碳纳米管或石墨烯，则根据其长径比或片径比提供的保持固有结构的能力不同，选择中等剪切强度进行分散，而对接枝处理过的导电碳材料，则必须使用低强度剪切，以保证不破坏其表面的接枝官能团。
本发明柔性电池的电极浆料的制备方法的优点包括如下：
1.由于多数导电碳都具备非常大的比表面积，表面能非常高，导致固体粉末严重团聚，但接枝处理后，导电碳颗粒之间被接枝基团分隔开，大大减少团聚现象，更其可以更容易分散在混合物中，其高比表面积的特性也可以得到最大程度的发挥；
2.同样由于导电碳的高比表面积导致的高表面能，导致其与溶剂，尤其非极性溶剂的相亲性非常差，表面接枝与溶剂相亲的官能团后可极大提高其在溶剂中的溶解性能和分散性能。通过接板导电碳材料的添加，可以充分发挥其导电能力强、比表面积大等特性，一方面有益于形成稳定、均一的浆料，进而得到性能一致的电极，另一方面，在导电性能要求相同的前提下，可以大大降低碳材料的用量，同时提高电极活性物质的含量，增加电池的比容量。因此，接枝导电碳材料的添加，对电池的性能以及一致性的提高，具有非常关键的作用。
具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明优选方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
向试管中填入蓬松的碳纳米管CNT 16g，在试管外1cm距离的两侧安装紫外灯，从外部引入臭氧并将臭氧管端插入试管底部，正常通入臭氧，并开启紫外灯，1h后停止通入臭氧并关闭紫外灯，接枝处理完毕。
取纯水200g，向其中添加羧甲基纤维素CMC 8g，以400rpm转速机械搅拌，至羧甲基纤维素CMC完全溶解后，加入未处理过的导电炭黑14g，将转速提高至600rpm搅拌1h后导电碳黑基本完全浸润，通过高压均质机处理，将导电碳黑完全分散在浆料中，与羧甲基纤维素CMC形成均匀的悬浊液；
向上述浆料中加入200目电解氧化锰210g，伴随超声处理的同时以1500rpm持续搅拌30min，同时将接枝处理过的碳纳米管CNT加入上述悬浊液，并以600rpm转速充分搅拌20min。将车速降至200rpm持续搅拌，此时缓慢加入已配制好的SBR乳液16g，继续搅拌1h使SBR均匀分散，即得到本文所述浆料。
所制备的浆料稳定性通过粘度和固含量表征，时间间隔7天时间，测试浆料粘度并分别使用吸管从上述浆料表面、中部、底部的近中心位置和边缘位置各取两点测量固含量，结果如下表。
Figure BDA0002500244730000041
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.用于柔性电池的电极浆料的制备方法，由以下步骤制得：
(1)在水中加入分散剂A，搅拌使其完全溶解，再加入导电碳材料，充分进行剪切，形成均匀的悬浊液，
(2)向前述悬浊液中加入活性物质，剪切使其完全浸润并均匀分散，
(3)取导电碳材料进行表面处理，接枝亲水官能团，然后加入上述溶液中，
(4)最后加入分散剂B，充分搅拌均匀。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电碳材料选自导电炭黑、活性炭、乙炔黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)导电碳材料的表面处理的方法，选自紫外光照处理、臭氧氧化、酸氧化、氧化剂氧化方法中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性物质为电解二氧化锰，粒径为30～1200目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极浆料中的活性物质、导电碳材料、接枝导电碳材料、分散剂质量含量依次为40-96％、2.5-55％、1-20％、0.5-20％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极浆料中的活性物质、导电碳材料、接枝导电碳材料、分散剂质量含量依次为70-92％、4-26％、1-10％、2-15％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂A和分散剂B选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或其组合。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述非离子表面活性剂，选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，分散剂A和分散剂B为不同类活性剂。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用剪切方法选自机械搅拌剪切、超声分散剪切、高压喷射剪切、高速球磨剪切。
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