CN112151766B - 一种锂离子电池柔性电极及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高容量柔性电极及其制备方法和应用。将碳纳米管和电极材料充分混合，然后抽滤成单层多孔网状柔性电极，随后将多个多孔网状柔性电极的一边用导电粘结剂粘结固定，形成书本状柔性电极。此书本状多层电极柔性极强，可任意弯折，并且由于集成多层电极，电极面容量成倍提高，网状结构可以透过离子，导致多层不影响离子传输，书脊不仅仅粘合电极，也是各层电极电子导出的地方。该高容量柔性电极可以应用到锂电池、锂离子电池、钠离子电池等电池中。

Description

一种锂离子电池柔性电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及柔性电池领域，尤其涉及一种书本状柔性电极制备方法。
背景技术
近年来，随着可折叠电子设备和可穿戴电子设备的迅速发展，人们对柔性能源储存器件的需求日益增加，市场对于高容量柔性电池的产量和需求直线上升，因此高容量电极的制备工艺成为热点与难点。其中锂离子电池是目前最成熟的二次电池，具有能量密度高、无记忆效应、额定电压高、循环寿命长等优点。由于传统锂离子电池不具备柔性特点，强行折叠变形后会导致其容量性能遭到破坏，新型柔性电池容量又普遍不高，所以高面容量、可大角度弯折电极的制备工艺亟需解决。叠片工艺制备柔性锂离子电池，电极材料容易在多次折叠过程中从集流体脱落，而且叠片层数不能过多，否则会失去柔性。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种高面容量、可大角度弯折电极的制备工艺
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是用碳纳米管和电极材料制备成单层柔性电极，然后将此电极的一边用导电粘结剂固定，制成书本状厚柔性电极。
为实现上述目的，本发明提供了一种高容量柔性电极制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1.1、将碳纳米管和电极材料加入溶剂充分混合，得到混合均匀的分散液；
1.2、将步骤1.1制得的所述分散液抽滤，使用聚丙烯滤膜，使分散液抽滤成一张导电薄膜，将所述导电薄膜放在真空烘箱干燥，得到单层多孔网状柔性电极；
1.3、将多个所述单层多孔网状柔性电极的一边用导电粘结剂粘结固定，形成书本状多层柔性电极；
1.4、将所述书本状多层柔性电极真空干燥。
进一步地，步骤1.1中所述的电极材料采用3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺作为电极正极材料，人造石墨作为负极材料。
进一步地，步骤1.1中所述的溶剂为乙醇。
进一步地，步骤1.2所述的干燥温度为40-80℃，干燥时间为2-24小时。
进一步地，步骤1.4所述的干燥温度为40-80℃，干燥时间为2-24小时。
本发明还提供了一种高容量柔性电极，所述柔性电极包括多个单层多孔网状柔性电极，所述多个单层多孔网状柔性电极的一边用导电粘接剂粘接，呈书本状多层柔性电极。
本发明还提供了高容量柔性电极的应用，所述高容量柔性电极应用到锂电池、锂离子电池、钠离子电池中。
进一步地，所述应用包括以下步骤：
2.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
2.2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属锂与负极压合在一起；
2.3、加入隔膜和电解液，制备成为锂离子电池。
进一步地，所述应用包括以下步骤：
3.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
3.2、将锂金属放入电池中作为负极；
3.3、加入隔膜和电解液，制备成为锂电池。
进一步地，所述应用包括以下步骤：
4.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
4.2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属钠与负极压合在一起；
4.3、加入隔膜和电解液，制备成为钠离子电池。
本发明的书本状多层电极柔性极强，可任意弯折，并且由于集成多层电极，电极面容量成倍提高，网状结构可以透过离子，导致多层不影响离子传输，书脊不仅仅粘合电极，也是各层电极电子导出的地方。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的高容量柔性电极的制备工艺示意图；
图2是本发明的高容量柔性电极的弯折演示图；
图3是本发明的高容量柔性电极的在锂离子电池中不同折叠角度下的面比容量；
图4是本发明的高容量柔性电极在不同层数下面比容量。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例一、高容量柔性电极的制备
1、单层柔性电极制备
(1)将碳纳米管9mg，电极材料21mg(本实施例采用3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺作为电极正极材料，人造石墨作为负极材料)，放入烧杯中，随后加入80mL乙醇。将烧杯放入超声仪器中超声6小时，使碳纳米管和电极材料混合均匀，成为混合均匀的分散液。
(2)将混合均匀的分散液抽滤，使用聚丙烯滤膜，使分散液抽滤成为一张薄膜。将薄膜放在60℃真空烘箱干燥12小时，使之成为单层柔性电极。
2、裁剪电极为目标形状，如图1所示，此实验中电极被裁剪为矩形。将电极一边涂上导电粘结剂，并将各层电极粘接起来，使之粘结成为书本状。
3、将书本状多层电极真空干燥12小时
实施例二、高容量柔性电极在锂离子电池的应用
1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属锂与负极压合在一起；
3、加入隔膜和电解液，制备成为锂离子电池。
实施例三、高容量柔性电极在锂电池的应用
1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
2、将锂金属放入电池中作为负极；
3、加入隔膜和电解液，制备成为锂电池。
实施例四、高容量柔性电极在钠离子电池的应用
1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属钠与负极压合在一起；
3、加入隔膜和电解液，制备成为钠离子电池。
图2显示了高容量柔性电极的弯折试验演示，本发明对实施例一所制得的高容量柔性电极进行了多次弯折试验，在未弯折时、45°、90°、180°以及再次展平情况下分别测试10次电池比容量，每次测试数值在坐标轴上画点。如图3所示，高容量柔性电极在45°、90°、180°弯折情况下电池比容量与未弯折时基本不变，并且当经过45°、90°、180°各弯折10次，再次展开后的电池比容量也几乎不变。
由图4所示，书本状多层电极，相较于单层电极，其面比容量成倍提高。单层面比容量在0.21mAh/cm-2左右，10层电极达到了2.08mAh/cm-2，是单层电极10倍左右。20层电极面比容量达到3.9mAh/cm-2，接近单层电极19倍。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高容量柔性电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1.1、将碳纳米管和电极材料加入溶剂充分混合，得到混合均匀的分散液；
1.2、将步骤1.1制得的所述分散液抽滤，使用聚丙烯滤膜，使分散液抽滤成一张导电薄膜，将所述导电薄膜放在真空烘箱干燥，得到单层多孔网状柔性电极；
1.3、将多个所述单层多孔网状柔性电极的一边用导电粘结剂粘结固定，形成书本状多层柔性电极；
1.4、将所述书本状多层柔性电极真空干燥；
步骤1.1中所述的电极材料采用3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺作为电极正极材料，人造石墨作为负极材料。
2.如权利要求1所述的高容量柔性电极的制备方法，步骤1.1中所述的溶剂为乙醇。
3.如权利要求1所述的高容量柔性电极的制备方法，其特征在于，步骤1.2所述的干燥温度为40-80℃，干燥时间为2-24小时。
4.如权利要求1所述的高容量柔性电极的制备方法，其特征在于，步骤1.4所述的干燥温度为40-80℃，干燥时间为2-24小时。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的高容量柔性电极，其特征在于，所述柔性电极包括多个单层多孔网状柔性电极，所述多个单层多孔网状柔性电极的一边用导电粘接剂粘接，呈书本状多层柔性电极。
6.一种如权利要求1所述的高容量柔性电极的应用，其特征在，所述高容量柔性电极应用到锂电池、锂离子电池、钠离子电池中。
7.一种如权利要求6所述的高容量柔性电极的应用，其特征在，所述应用包括以下步骤：
2.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
2.2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属锂与负极压合在一起；
2.3、加入隔膜和电解液，制备成为锂离子电池。
8.一种如权利要求6所述的高容量柔性电极的应用，其特征在，所述应用包括以下步骤：
3.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
3.2、将锂金属放入电池中作为负极；
3.3、加入隔膜和电解液，制备成为锂电池。
9.一种如权利要求6所述的高容量柔性电极的应用，其特征在，所述应用包括以下步骤：
4.1、将用于正极的所述高容量柔性电极放入电池中；
4.2、将用于负极的所述高容量柔性电极放入电池中，将金属钠与负极压合在一起；
4.3、加入隔膜和电解液，制备成为钠离子电池。
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