CN118117032A - 一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 - Google Patents
一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118117032A CN118117032A CN202410242050.4A CN202410242050A CN118117032A CN 118117032 A CN118117032 A CN 118117032A CN 202410242050 A CN202410242050 A CN 202410242050A CN 118117032 A CN118117032 A CN 118117032A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium battery
- porous carbon
- negative electrode
- carbon composite
- particles
- 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
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 9
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 16
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 15
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 12
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 6
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000346 polystyrene-polyisoprene block-polystyrene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 4
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910009866 Ti5O12 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 229910007404 Li2Ti3O7 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018136 Li 2 Ti 3 O 7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
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
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4326—Condensation or reaction polymers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
- D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
- D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
-
- 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
-
- 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
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- 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
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- 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
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及锂电池负极技术领域，具体涉及一种可拉伸锂电池负极，所述锂电池负极采用纳米纤维基底，所述纳米纤维基底负载有占所述纳米纤维基底质量百分比为8‑10.5％的负极导电材料；所述负极导电材料包括粒径为5‑80nm的钒酸锂颗粒、二维导电颗粒和多孔碳复合材料；该可拉伸锂电池负极采用钒酸锂颗粒、二维导电颗粒和多孔碳复合材料协同复合配方，能够提高电导率，同时采用纳米纤维基底，较之传统硬质基底具有可形变拉伸性能；该制备方法施加超声处理和静电纺丝工艺，能够提高负极导电材料和纳米纤维基底之间的结合力，能够保持高导电率和耐大应变的能力。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池负极技术领域，具体涉及一种可拉伸锂电池负极及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作；在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反；目前锂离子电池负极材料的研究还存在一些问题：Li4Ti5O12、Li2Ti3O7的理论比容量偏低，其中Li4Ti5O12的理论比容量为175mAh g-1，Li2Ti3O7的理论比容量为235mAh g-1；并且上述负极材料的嵌/脱Li电位偏高，Li4Ti5O12为1.55V、Li2Ti3O7为1.4V，与正极材料组装构成的锂离子电池电压不高，所以得到的锂离子电池能量密度提高有限。
TiO2由于充放电过程中不能提供Li+，所以组装的锂离子电池首次不可逆容量损失较大，而碳材料由于嵌/脱Li电位太低，存在较大的锂枝晶生长的安全问题；目前钒酸锂是一种新型的过渡族金属化合物，相对于Li+/Li，它具有以下优点：理论能量密度高(394mAhg-1)；嵌/脱Li电位范围为0.5-1.0V，比Li4Ti5O12、Li2Ti3O7低0.5-1.0V，组装的锂离子电池电压可以提高0.7V左右，可进一步提高能量密度，且嵌/脱Li电位比石墨更高，安全性很高；环境友好、成本较低。因此，钒酸锂是一种很有潜力的电极材料，钒酸锂是锂离子的导体，但它的电子电导率较低，影响倍率性能；同时常规锂电池负极制备方法直接将钒酸锂混合聚合物刮涂在硬质集流体上无法满足形变拉伸需求。
综上所述，钒酸锂电极材料存在电子电导率较低，电极材料拉伸性能不理想等问题，为了解决上述问题，考虑设计一种基于钒酸锂电极材料的可拉伸形变的锂电池负极；鉴于此，我们提出一种可拉伸锂电池负极及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中提到的不足，提供一种可拉伸锂电池负极及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种可拉伸锂电池负极，所述锂电池负极采用纳米纤维基底，所述纳米纤维基底负载有占所述纳米纤维基底的制备原料质量百分比为8-10.5％的负极导电材料；
所述负极导电材料包括粒径为5-80nm的钒酸锂颗粒、二维导电颗粒和多孔碳复合材料。
优选的，所述负极导电材料各组分质量百分比具体为：
钒酸锂颗粒： 60-65％；
多孔碳复合材料： 25-30％；
二维导电颗粒： 5-15％。
优选的，所述纳米纤维基底的制备原料各组分质量百分比具体为：
聚碳酸酯： 5-8％；
氟橡胶： 30-40％；
苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物： 52-65％。
优选的，所述二维导电颗粒采用碳纳米管、金纳米粒子、Mxene中的任意一种或多种。
优选的，所述多孔碳复合材料采用质量份数比为7∶3的木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒。
一种可拉伸锂电池负极的制备方法，适用于上述所述的可拉伸锂电池负极，所述制备方法具体步骤为：
步骤一：分别按比例称重所述纳米纤维基底的制备原料聚碳酸酯、氟橡胶和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物备用；
步骤二：配制基底材料溶液，先溶解所述纳米纤维基底的制备原料，控制溶解后固体浓度为10-25wt％，称重所述钒酸锂颗粒加入后搅拌均匀得到纺丝液；
步骤三：通过静电纺丝工艺，制备得到所述纳米纤维基底，切割大小备用；
步骤四：称取所述多孔碳复合材料、二维导电颗粒放入无水乙醇分散液中，冰浴并施加功率500-1000w、频率25-40kHz的超声处理5-30min，使得颗粒物均匀分散在无水乙醇分散液中；
步骤五：将切割备用的所述纳米纤维基底投入步骤四的分散液中，冰浴并施加功率500-1000w、频率25-40kHz的超声处理10-15min，超声浸渍，取出纳米纤维基底超纯水冲洗；
步骤六：放入50-55℃烘箱烘干3-6h，得到可拉伸锂电池负极。
优选的，步骤二中所述基底材料溶液采用四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等比混合N,N-二甲基甲酰胺溶液中的任意一种。
优选的，所述静电纺丝工艺具体工艺为：将纺丝液盛至静电纺丝装置的注射器中进行电纺，室温加压处理，施加2000-2500psi压力处理0.5-5min，室温下固化6-12h后得到所述纳米纤维基底。
优选的，所述静电纺丝条件具体为：纺丝电压20-35KV、纺丝液推进速度为0.8-2.5ml/h，纺丝温度42-48℃。
优选的，所述多孔碳复合材料的制备方法具体步骤为：
步骤一：按质量份数比称取木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒，投入球磨罐中；
步骤二：按木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒总质量、球磨珠、无水乙醇质量比为1∶2∶2，向球磨罐中加入球磨珠和无水乙醇；
步骤三：以1000-1200r/min的转速球磨8-10h；
步骤四：倒出球磨液在85-95℃下干燥10-12h；
步骤五：煅烧细化过筛的多孔碳复合材料，以2℃/min的升温速率从室温升温至500℃，以3℃/min的升温速率从500℃升温至850℃，接着以80-120℃/h的速率继续升温至1050℃，保温2h后停止煅烧降温至室温；
步骤六：重复上述步骤，二次球墨干燥后过筛细化备用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该可拉伸锂电池负极采用钒酸锂颗粒、二维导电颗粒和多孔碳复合材料协同复合配方，能够提高电导率，同时采用纳米纤维基底，较之传统硬质基底具有可形变拉伸性能；该制备方法施加超声处理和静电纺丝工艺，能够提高负极导电材料和纳米纤维基底之间的结合力，能够保持高导电率和耐大应变的能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1可拉伸锂电池负极结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明通过以下实施例来详述上述技术方案：
实施例1
一种可拉伸锂电池负极，锂电池负极采用纳米纤维基底，纳米纤维基底负载有占纳米纤维基底的制备原料质量百分比为8-10.5％的负极导电材料，本实施例添加含量为8％；负极导电材料包括50nm钒酸锂颗粒、25nm的二维导电颗粒和多孔碳复合材料。
值得注意的是，该锂电池负极材料中设有的纳米纤维基底较之传统的铜箔等硬质集流体，具有更高的韧性，有利于获得具有拉伸性能的结构；同时单一的导电粒子电导率有限，故使用钒酸锂颗粒、二维导电颗粒，其采用多孔碳复合材料提供孔洞位点，能够提高附着容量，继而有利于获得更加理想的电子电导率，但是需要控制负极导电材料占比，否则颗粒亦会作为骨架位点反而降低拉伸性。
以称重总质量为100g的纳米纤维基底的制备原料为例，以此限定其他各组分质量份数；本实施100g纳米纤维基底的制备原料中具体含有5％聚碳酸酯、40％氟橡胶、55％苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
本实施例中负极导电材料添加量占纳米纤维基底的制备原料质量百分比为8％，即8g，且本实施例负极导电材料各组分质量份数具体为：60％的50nm钒酸锂颗粒、25％的多孔碳复合材料、15％的25nm的碳纳米管；需要解释的是，本实施例中聚碳酸酯能够提高耐拉伸强度，降低纺丝粘度，提高抗冲击性。
25％的多孔碳复合材料质量为2g，本实施例中多孔碳复合材料采用质量份数分别占70％的木质素纳米多孔炭和30％的50nm纳米二氧化锡颗粒。
本实施例中多孔碳复合材料的制备方法具体步骤为：
步骤一：称取木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒，投入球磨罐中；
步骤二：按按木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒总质量、球磨珠、无水乙醇质量比为1∶2∶2，向球磨罐中加入球磨珠和无水乙醇；
步骤三：以1200r/min的转速球磨8h；
步骤四：倒出球磨液在90℃下干燥12h；
步骤五：煅烧细化过筛的多孔碳复合材料，以2℃/min的升温速率从室温升温至500℃，以3℃/min的升温速率从500℃升温至850℃，接着以100℃/h的速率继续升温至1050℃，保温2h后停止煅烧降温至室温；
步骤六：重复上述步骤，二次球墨干燥后过筛细化备用。
一种可拉伸锂电池负极的制备方法，制备方法具体步骤为：
步骤一：分别按比例称重纳米纤维基底的制备原料聚碳酸酯、氟橡胶和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物备用；
步骤二：配制N,N-二甲基甲酰胺作为基底材料溶液，溶解纳米纤维基底的制备原料，控制溶解后固体浓度为20wt％，称重所述钒酸锂颗粒加入后搅拌均匀得到纺丝液；
步骤三：通过静电纺丝工艺，制备得到纳米纤维基底，切割大小备用，本实施例静电纺丝工艺具体工艺为：将纺丝液盛至静电纺丝装置的注射器中进行电纺，室温加压处理，施加2000psi压力处理3min，室温下固化8h后得到纳米纤维基底膜结构；控制纺丝电压25KV、纺丝液推进速度为2.0ml/h，纺丝温度48℃；
步骤四：称取多孔碳复合材料、二维导电颗粒放入无水乙醇分散液中，冰浴并施加功率500w、频率30kHz的超声处理5min，使得颗粒物均匀分散在无水乙醇分散液中；
步骤五：将切割备用的纳米纤维基底投入步骤四的分散液中，冰浴并施加功率500w、频率40kHz的超声浸渍处理10min，取出纳米纤维基底超纯水冲洗；
步骤六：放入55℃烘箱烘干3h，得到可拉伸锂电池负极。
需要解释的是，上述步骤中超声动作，能够使得颗粒在液体中分散，同时在超声浸渍过程中，能够使得纳米颗粒与纤维之间发生碰撞熔融，产生微焊接的作用，继而绑定在纳米纤维表面；较之传统的直接混合复合材料，这种纤维表面微焊接的工艺，能够保持纤维的连续状态，维持了力学性能，继而有利于保持更好的拉伸性。
实施例2
本实施例与实施例1区别在于：本实施例负极导电材料添加含量为9.5％，其他条件均一致。
实施例3
本实施例与实施例1区别在于：本实施例负极导电材料添加含量为10.5％，其他条件均一致。
对比例1
本对比例与实施例1区别在于：本对比例负极导电材料添加含量为12％，其他条件均一致。
对比例2
本对比例与实施例1区别在于：本对比例负极导电材料添加含量为4％，其他条件均一致。
对比例3
本对比例与实施例1区别在于：本对比例中不添加二维导电颗粒和多孔碳复合材料，其他条件均一致。
对比例4
本对比例与实施例1区别在于：本对比例中不添加多孔碳复合材料，其他条件均一致。
对比例5
本对比例与实施例1区别在于：本对比例中不施加超声处理，其他条件均一致。
根据实施例1-3以及对比例1-5分别制备样品，以纽扣电池CR2032规格为例在氩气保护环境的手套箱中装配成纽扣电池，通过CT3001A型充放电测试仪，采用恒电流进行充放电测试，测试温度为25℃，测试在200mA/g下循环100次后各样品的比容量；并通过米科电导率仪测试样品电导率大小；拉伸测试其各样品至最大伸长长度较之初始长度比例；具体数据如下：
| 比容量(mAhg-1) | 电导率(S/cm) | 最大拉伸比例(％) | |
| 实施例1 | 813 | 1028 | 417 |
| 实施例2 | 841 | 1094 | 395 |
| 实施例3 | 857 | 1117 | 358 |
| 对比例1 | 874 | 1185 | 249 |
| 对比例2 | 416 | 524 | 468 |
| 对比例3 | 407 | 458 | 411 |
| 对比例4 | 492 | 647 | 432 |
| 对比例5 | 775 | 953 | 309 |
如上表数据可知：当负极导电材料含量会影响性能，在工艺范围内时，随着比例增大时拉伸比例逐渐降低，导电率增大，但逐渐趋向平稳；对比例1和2所示数据可知，含量过高对于比容量和电导率增幅不大，但是会导致拉伸比例骤降，而含量过低则直接影响比容量和电导率性能不佳；根据对比例3和对比例4说明二维导电颗粒和多孔碳复合材料均对电导率和比容量具有重要影响；若不施加超声处理，无微焊效果，则会影响负极的拉伸，对于比容量和电导率略微影响。
比容量和电导率越高的电池意味着它们的充放电效率和导电性能更高，考虑对拉伸性能的需求，故可根据上表数据可优选实施例1或实施例2作为优选实施方案。
需要说明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述锂电池负极采用纳米纤维基底，所述纳米纤维基底负载有占所述纳米纤维基底的制备原料质量百分比为8-10.5％的负极导电材料；
所述负极导电材料包括粒径为5-80nm的钒酸锂颗粒、二维导电颗粒和多孔碳复合材料。
2.如权利要求1所述的可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述负极导电材料各组分质量百分比具体为：
钒酸锂颗粒：60-65％；
多孔碳复合材料：25-30％；
二维导电颗粒：5-15％。
3.如权利要求1所述的可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述纳米纤维基底的制备原料各组分质量百分比具体为：
聚碳酸酯：5-8％；
氟橡胶：30-40％；
苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物：52-65％。
4.如权利要求1所述的可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述二维导电颗粒采用碳纳米管、金纳米粒子、Mxene中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述多孔碳复合材料采用质量份数比为7∶3的木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒。
6.一种可拉伸锂电池负极的制备方法，适用于上述权利要求1-5中任意一项所述的可拉伸锂电池负极，其特征在于：所述制备方法具体步骤为：
步骤一：分别按比例称重所述纳米纤维基底的制备原料聚碳酸酯、氟橡胶和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物备用；
步骤二：配制基底材料溶液，先溶解所述纳米纤维基底的制备原料，控制溶解后固体浓度为10-25wt％，再称重所述钒酸锂颗粒加入并搅拌均匀得到纺丝液；
步骤三：通过静电纺丝工艺，制备得到所述纳米纤维基底，切割大小备用；
步骤四：称取所述多孔碳复合材料、二维导电颗粒放入无水乙醇分散液中，冰浴并施加功率500-1000w、频率25-40kHz的超声处理5-30min，使得颗粒物均匀分散在无水乙醇分散液中；
步骤五：将切割备用的所述纳米纤维基底投入步骤四的分散液中，冰浴并施加功率500-1000w、频率25-40kHz的超声处理10-15min，超声浸渍，取出纳米纤维基底超纯水冲洗；
步骤六：放入50-55℃烘箱烘干3-6h，得到可拉伸锂电池负极。
7.如权利要求6所述的可拉伸锂电池负极的制备方法，其特征在于：步骤二中所述基底材料溶液采用四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等比混合N,N-二甲基甲酰胺溶液中的任意一种。
8.如权利要求6所述的可拉伸锂电池负极的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝工艺具体工艺为：将纺丝液盛至静电纺丝装置的注射器中进行电纺，室温加压处理，施加2000-2500psi压力处理0.5-5min，室温下固化6-12h后得到所述纳米纤维基底。
9.如权利要求8所述的可拉伸锂电池负极的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝条件具体为：纺丝电压20-35KV、纺丝液推进速度为0.8-2.5ml/h，纺丝温度42-48℃。
10.如权利要求6所述的可拉伸锂电池负极的制备方法，其特征在于：所述多孔碳复合材料的制备方法具体步骤为：
步骤一：按质量份数比称取木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒，投入球磨罐中；
步骤二：按木质素纳米多孔炭和纳米二氧化锡颗粒总质量、球磨珠、无水乙醇质量比为1∶2∶2，向球磨罐中加入球磨珠和无水乙醇；
步骤三：以1000-1200r/min的转速球磨8-10h；
步骤四：倒出球磨液在85-95℃下干燥10-12h；
步骤五：煅烧细化过筛的多孔碳复合材料，以2℃/min的升温速率从室温升温至500℃，以3℃/min的升温速率从500℃升温至850℃，接着以80-120℃/h的速率继续升温至1050℃，保温2h后停止煅烧降温至室温；
步骤六：重复上述步骤，二次球墨干燥后过筛细化备用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410242050.4A CN118117032A (zh) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | 一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410242050.4A CN118117032A (zh) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | 一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118117032A true CN118117032A (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=91211608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410242050.4A Pending CN118117032A (zh) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | 一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118117032A (zh) |
-
2024
- 2024-03-04 CN CN202410242050.4A patent/CN118117032A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107403919B (zh) | 一种掺氮碳材料包覆氧化亚硅的复合材料及其制备方法 | |
| CN108598414B (zh) | 无定形氧化锌/碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN104966818A (zh) | 用于锂蓄电池的壳核型阳极活性材料、制备所述材料的方法以及包含所述材料的锂蓄电池 | |
| CN109626352A (zh) | 一种高倍率锂离子电池用类硬碳石墨负极材料及其制备方法 | |
| CN107601490A (zh) | 一种快充石墨负极材料及其制备方法 | |
| CN111785915B (zh) | 低晶化度包覆料及其制备方法、负极材料及锂电池负极 | |
| CN109671913A (zh) | 一种低成本制备稳定性锂电池硅负极及其制备方法 | |
| CN113851609A (zh) | 硅基负极极片及其制备方法、全固态锂离子电池 | |
| CN112186167A (zh) | 一种模板法包覆锂离子电池高镍三元正极材料的制备方法 | |
| CN113889609B (zh) | 氮掺杂的硅氧化物/氧化锌/石墨/碳复合负极材料及其制备方法 | |
| CN113066988B (zh) | 一种负极极片及其制备方法和用途 | |
| CN113571686A (zh) | 一种核壳型碳硅负极材料的制备方法 | |
| CN116477615B (zh) | 一种高倍率石墨负极材料及其制备方法 | |
| EP4432390A1 (en) | Positive electrode sheet having high rate capability, long cycle, and high safety for use in lithium battery, and preparation method therefor and application thereof | |
| CN114843483B (zh) | 一种硬碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106602075A (zh) | 一种螺旋纳米碳纤维/超导炭黑二元导电剂和锂离子电池电极材料 | |
| CN106356530A (zh) | 用于锂离子电池的负极材料、制备方法、二次电池和用途 | |
| CN116190574A (zh) | 一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法 | |
| CN115863738A (zh) | 一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池及其制备方法 | |
| CN115498190A (zh) | 磷酸铁锂正极浆料用分散剂、磷酸铁锂正极浆料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN113594461B (zh) | 一种碳硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN118117032A (zh) | 一种可拉伸锂电池负极及其制备方法 | |
| CN114944288A (zh) | 一种花状三氧化二铋及其制备方法、应用和制得的电极 | |
| CN114765254A (zh) | 一种负极片预锂化工艺方法 | |
| CN111933866A (zh) | 锂金属电池、其中间层及制备方法 |
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 |