CN112186131A - 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池 - Google Patents

一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN112186131A
CN112186131A CN202011015530.5A CN202011015530A CN112186131A CN 112186131 A CN112186131 A CN 112186131A CN 202011015530 A CN202011015530 A CN 202011015530A CN 112186131 A CN112186131 A CN 112186131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glassy carbon
pedot
reticular
carbon matrix
specific capacitance
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
CN202011015530.5A
Other languages
English (en)
Inventor
陈晨
贾明
蒋冬初
邓杨保
潘振炎
刘晓明
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.)
Hunan City University
Hunan Aihua Group Co Ltd
Original Assignee
Hunan City University
Hunan Aihua Group Co Ltd
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 Hunan City University, Hunan Aihua Group Co Ltd filed Critical Hunan City University
Priority to CN202011015530.5A priority Critical patent/CN112186131A/zh
Publication of CN112186131A publication Critical patent/CN112186131A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种具有高比电容的负极，包括网状玻璃碳基体，在网状玻璃碳基体上形成有一层导电聚合物膜，导电聚合物膜为PEDOT或者掺杂的PEDOT。在本发明中，PEDOT具有很多互相连通的大孔，并且在PEDOT上嵌入了含有大量中空和微孔的网状玻璃碳壁。PEDOT含有的大孔，能够作为离子的缓冲库，也就是说离子可以储存在PEDOT的大孔内，这样能够减小离子的扩散距离。在本发明中，PEDOT上含有的大孔能够增加负极材料的表面积，从而增加负极的比电容器，同时PEDOT内嵌入的网状玻璃碳壁能够对PEDOT起到支撑作用，提高PEDOT的循环性能。

Description

一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种具有高比电容的负极及制备方法。
背景技术
如今，许多研究人员致力于新型碳材料的开发，例如活性炭，碳气凝胶，碳纳米管，石墨烯，有序介孔碳，及其复合材料，使电极具有高比表面积，高电导率，合理微孔结构，电吸附能力强。另外，导电聚合物已经被与此类碳材料结合使用可改善碳电极的性能和性能，因为它们具有高电导率和高表面积。所有这些电极被制造成没有明显厚度的二维结构电极。但是，有限电吸附能力的提高仍然远远小于理论值，这主要是由于诸如低有效表面积等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种具有高比电容的负极，包括网状玻璃碳基体，在所述网状玻璃碳基体上形成有一层导电聚合物膜，所述导电聚合物膜为PEDOT或者掺杂的PEDOT。
上述的具有高比电容的负极的制备方法，优选的，包括以下步骤：
1)网状玻璃碳基体的处理；
①将网状玻璃碳且成预设尺寸；
②将步骤①切下来的网状玻璃碳侵入到1.5-2.5mol/L的HNO3溶液中，时间在12小时以上；
③用去离子水将步骤②的网状玻璃碳进行清洗，直到清洗用的去离子水变成中性；
④将步骤③处理后的网状玻璃碳放入到乙醇溶液中，至少6小时；
⑤将步骤④处理后的网状玻璃碳在惰性气体的氛围中干燥；得到网状玻璃碳基体；
2)采用电化学沉积法或者溶液聚合法在网状玻璃碳基体上形成一层PEDOT膜；
所述电化学沉积法包括以下步骤：
I将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到电解液中12小时以上，所述电解液包括EDOT单体、FeCl3和乙腈溶液；所述EDOT单体和FeCl3均加入到乙腈溶液中，所述EDOT单体的浓度为0.02-0.1mol/L，所述FeCl3的浓度为0.1-0.5mol/L；
II在电解液中通入惰性气体30min以上；
III用网状玻璃碳基体作为工作电极，参比电极采用Ag/AgCl，对电极为银网或者铜网；进行电化学沉积，电化学沉积中电压为1-2V，时间为10-20min；
3)将步骤4)得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。
上述的具有高比电容的负极的制备方法，优选的，所述溶液聚合法包括以下步骤：
i将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到EDOT单体中2小时以上；
ii将步骤i得到的网状玻璃碳基体取出，浸入到氧化剂溶液中，反应1-2h；所述氧化剂的温度为40-100摄氏度；
iii将步骤ii得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，直到漂洗用的去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。
上述的具有高比电容的负极的制备方法，优选的，所述氧化剂包括选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类和过硼酸盐类中的一种或多种。
一种锂离子电池，包括权利要求1所述的具有高比电容的负极。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，PEDOT具有很多互相连通的大孔，并且在PEDOT上嵌入了含有大量中空和微孔的网状玻璃碳壁。PEDOT含有的大孔，能够作为离子的缓冲库，也就是说离子可以储存在PEDOT的大孔内，这样能够减小离子的扩散距离。在本发明中，PEDOT上含有的大孔能够增加负极材料的表面积，从而增加负极的比电容器，同时PEDOT内嵌入的网状玻璃碳壁能够对PEDOT起到支撑作用，提高PEDOT的循环性能。
附图说明
图1为实施例1中具有高比电容的负极的PEDOT的SEM图。
图2为实施例1中具有高比电容的负极表面的SEM图。
图3为实施例1中具有高比电容的负极的循环性能图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种具有高比电容的负极的制备方法，包括以下步骤：
1)网状玻璃碳基体的处理；
①将网状玻璃碳且成预设尺寸；
②将步骤①切下来的网状玻璃碳侵入到2mol/L的HNO3溶液中，时间在12小时以上；以去除金属或者金属氧化物的杂质。
③用去离子水将步骤②的网状玻璃碳进行清洗，直到清洗用的去离子水变成中性；
④将步骤③处理后的网状玻璃碳放入到乙醇溶液中，至少6小时；以去除有机杂质，在将网状玻璃碳放入到乙醇溶液中的时候，可以使用超声振动。
⑤将步骤④处理后的网状玻璃碳在惰性气体的氛围中干燥；得到网状玻璃碳基体；
2)采用电化学沉积法或者溶液聚合法在网状玻璃碳基体上形成一层PEDOT膜；
所述电化学沉积法包括以下步骤：
I将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到电解液中12小时以上，所述电解液包括EDOT单体、FeCl3和乙腈溶液；所述EDOT单体和FeCl3均加入到乙腈溶液中，所述EDOT单体的浓度为0.02-0.1mol/L，所述FeCl3的浓度为0.1-0.5mol/L；
II在电解液中通入惰性气体30min以上，以去除溶液中含有的氧气；
III用网状玻璃碳基体作为工作电极，参比电极采用Ag/AgCl，对电极为银网或者铜网；进行电化学沉积，电化学沉积中电压为1-2V，时间为10-20min；
3)将步骤4)得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。
如图1所示，本实施例得到的负极上的PEDOTDE SEM图，在图1中可以看出PEDOT呈松散的蜂窝状结构。并且如图2所示为本实施例负极表面的SEM图，PEDOT的结构呈花状形态，由许多的薄片组成；其能够增加负极的表面积，从而增加负极的比电容。在本发明中，PEDOT具有很多互相连通的大孔，在附着在网状玻璃碳上后，PEDOT内嵌入了含有大量中空和微孔的网状玻璃碳壁。PEDOT含有的大孔，能够作为离子的缓冲库，也就是说离子可以储存在PEDOT的大孔内，这样能够减小离子的扩散距离。在本发明中，PEDOT上含有的大孔能够增加负极材料的表面积，从而增加负极的比电容器，同时PEDOT内嵌入的网状玻璃碳壁能够对PEDOT起到支撑作用，提高PEDOT的循环性能。
如图3所示，本实施例制备得到的负极的循环性能图，本实施例制备的负极采用三电极测试法在聚乙烯醇-H3PO4凝胶电解液中，在5mV/s的速率下的200个循环后，电流密度还能够保持在96％，这显示本实施例的负极的循环性能好，这是由于PEDOT附着在网状玻璃碳后，PEDOT内嵌入的网状玻璃碳壁能够对PEDOT起到支撑作用，从而提高PEDOT的循环性能。
在本实施例中，PEDOT附着在网状玻璃碳上还可以采用溶液聚合法，包括以下步骤：
i将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到EDOT单体中2小时以上；
ii将步骤i得到的网状玻璃碳基体取出，浸入到氧化剂溶液中，反应1-2h；所述氧化剂的温度为40-100摄氏度；所述氧化剂包括选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类和过硼酸盐类中的一种或多种。
iii将步骤ii得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，直到漂洗用的去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。

Claims (5)

1.一种具有高比电容的负极，其特征在于：包括网状玻璃碳基体，在所述网状玻璃碳基体上形成有一层导电聚合物膜，所述导电聚合物膜为PEDOT或者掺杂的PEDOT；PEDOT具有很多互相连通的空洞，并且在PEDOT上嵌入了含有大量微孔的网状玻璃碳壁。
2.根据权利要求1所述的具有高比电容的负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)网状玻璃碳基体的处理；
①将网状玻璃碳且成预设尺寸；
②将步骤①切下来的网状玻璃碳侵入到1.5-2.5mol/L的HNO3溶液中，时间在12小时以上；
③用去离子水将步骤②的网状玻璃碳进行清洗，直到清洗用的去离子水变成中性；
④将步骤③处理后的网状玻璃碳放入到乙醇溶液中，至少6小时；
⑤将步骤④处理后的网状玻璃碳在惰性气体的氛围中干燥；得到网状玻璃碳基体；
2)采用电化学沉积法或者溶液聚合法在网状玻璃碳基体上形成一层PEDOT膜；
所述电化学沉积法包括以下步骤：
I将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到电解液中12小时以上，所述电解液包括EDOT单体、FeCl3和乙腈溶液；所述EDOT单体和FeCl3均加入到乙腈溶液中，所述EDOT单体的浓度为0.02-0.1mol/L，所述FeCl3的浓度为0.1-0.5mol/L；
II在电解液中通入惰性气体30min以上；
III用网状玻璃碳基体作为工作电极，参比电极采用Ag/AgCl，对电极为银网或者铜网；进行电化学沉积，电化学沉积中电压为1-2V，时间为10-20min；
3)将步骤4)得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，并且浸入到HCl溶液中至少12小时；然后用去离子水将负极集流箔漂洗干净，直到去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。
3.根据权利要求2所述的具有高比电容的负极的制备方法，其特征在于：所述溶液聚合法包括以下步骤：
i将步骤1)得到的网状玻璃碳基体浸入到EDOT单体中2小时以上；
ii将步骤i得到的网状玻璃碳基体取出，浸入到氧化剂溶液中，反应1-2h；所述氧化剂的温度为40-100摄氏度；
iii将步骤ii得到的网状玻璃碳基体在去离子水中漂洗干净，直到漂洗用的去离子水的PH值为7；
4)烘干得到具有高比电容的负极。
4.根据权利要求3所述的具有高比电容的负极的制备方法，其特征在于：所述氧化剂包括选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类和过硼酸盐类中的一种或多种。
5.一种锂离子电池，其特征在于：包括权利要求1所述的具有高比电容的负极。
CN202011015530.5A 2020-09-24 2020-09-24 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池 Pending CN112186131A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011015530.5A CN112186131A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011015530.5A CN112186131A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112186131A true CN112186131A (zh) 2021-01-05

Family

ID=73955463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011015530.5A Pending CN112186131A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112186131A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101407575A (zh) * 2008-12-08 2009-04-15 北京服装学院 高分散性纳米级聚(3,4-乙撑二氧噻吩)及其制备与应用
CN101704958A (zh) * 2009-10-23 2010-05-12 北京化工大学 一种柔性聚（3，4-乙烯二氧噻吩）复合导电薄膜的制备方法
CN102020832A (zh) * 2010-11-25 2011-04-20 武汉大学 一种导电聚3,4-乙烯二氧噻吩膜及制备方法
CN102856080A (zh) * 2012-09-24 2013-01-02 山东大学 一种基于纳米多孔金属导电聚合物的超级电容器材料及其制备方法
US9428603B2 (en) * 2014-03-18 2016-08-30 Council Of Scientific & Industrial Research Polymeric dispersion of thiophene copolymers and a process for preparation thereof
CN109192527A (zh) * 2018-08-29 2019-01-11 浙江工业大学 一种以泡沫镍为基底的聚3,4-乙烯二氧噻吩超级电容器电极材料
CN109810245A (zh) * 2018-12-20 2019-05-28 浙江工业大学 一种DPEDOTs超级电容器电极及其制备方法
CN209149956U (zh) * 2018-12-05 2019-07-23 南通科技职业学院 一种柔性非对称超级电容器
CN110078900A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 福州大学 一种高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法
CN110604560A (zh) * 2019-06-19 2019-12-24 北京大学 一种连接电子学材料与水凝胶基底的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101407575A (zh) * 2008-12-08 2009-04-15 北京服装学院 高分散性纳米级聚(3,4-乙撑二氧噻吩)及其制备与应用
CN101704958A (zh) * 2009-10-23 2010-05-12 北京化工大学 一种柔性聚（3，4-乙烯二氧噻吩）复合导电薄膜的制备方法
CN102020832A (zh) * 2010-11-25 2011-04-20 武汉大学 一种导电聚3,4-乙烯二氧噻吩膜及制备方法
CN102856080A (zh) * 2012-09-24 2013-01-02 山东大学 一种基于纳米多孔金属导电聚合物的超级电容器材料及其制备方法
US9428603B2 (en) * 2014-03-18 2016-08-30 Council Of Scientific & Industrial Research Polymeric dispersion of thiophene copolymers and a process for preparation thereof
CN109192527A (zh) * 2018-08-29 2019-01-11 浙江工业大学 一种以泡沫镍为基底的聚3,4-乙烯二氧噻吩超级电容器电极材料
CN209149956U (zh) * 2018-12-05 2019-07-23 南通科技职业学院 一种柔性非对称超级电容器
CN109810245A (zh) * 2018-12-20 2019-05-28 浙江工业大学 一种DPEDOTs超级电容器电极及其制备方法
CN110078900A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 福州大学 一种高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法
CN110604560A (zh) * 2019-06-19 2019-12-24 北京大学 一种连接电子学材料与水凝胶基底的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALI ALDALBAHI等: "A Strategy to Enhance the Electrode Performance of Novel Three-Dimensional PEDOT/RVC Composites by Electrochemical Deposition Method", 《POLYMERS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11728489B2 (en) Three-dimensional current collector for metal secondary battery anode, its preparation and application
Menzel et al. Agar-based aqueous electrolytes for electrochemical capacitors with reduced self-discharge
EP2613389A1 (en) Air electrode for lithium air battery and method of making the same
CN105632783B (zh) 一种基于氧化还原活性电解质的氮掺杂石墨烯超级电容器制作方法
CN108539203B (zh) 储能液流电池用超亲水材料修饰的电极材料
CN113745675B (zh) 利用负电骨架水凝胶作为修饰层保护的锌电极及制备方法
CN110183718A (zh) 一种三维多孔双交联聚苯胺/石墨烯复合干凝胶制备方法
CN103811766A (zh) 集流体的制备方法
CN107768600A (zh) 一种泡沫铜基锂离子电池负极材料及其制备方法
CN104124074B (zh) 一种多孔二氧化锰及其制备方法
JP3111945B2 (ja) ポリマー二次電池
CN111705315B (zh) 一种改性铜三维骨架的制备方法及其在锂电池中的应用
JP7265019B2 (ja) イオノマー膜セパレーター及び自立電極を有する金属イオン電池
KR101609913B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 카본 펠트 전극 및 그 제조 방법
CN102891285B (zh) 一种铅酸电池负极及其制备方法
CN112186131A (zh) 一种具有高比电容的负极、制备方法及锂离子电池
KR102416349B1 (ko) 아연이온 하이브리드 슈퍼커패시터, 전기화학적으로 유도된 헤테로원자-도핑 3d 그래핀 탄소시트 및 이의 제조방법
CN1805088A (zh) 一种铝电解电容器介电质膜的制备方法
CN115995351A (zh) 一种过渡金属镍掺杂二氧化锰电极材料的制备方法
CN113436907B (zh) 一种地聚物基超级电容器及其制备方法
CN112079343A (zh) 一种三维多孔碳的制备方法及其制成的电池负极和电池
CN111463432B (zh) 一种铜网原位生长氧化石墨烯复合三维硫化铜电池负极材料、制备方法及应用
CN115036512B (zh) 一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法及应用
CN113130871B (zh) 一种锂硫电池复合正极材料的制备方法
WO2005086266A1 (ja) 燃料電池用電解質および燃料電池

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210105

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication