[發(fā)明專利]一種柔性鋰離子電池及網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰電極結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310722472.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN103715461A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈國(guó)震;王顯福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01M10/058
• 分類號(hào): H01M10/058;H01M4/1391
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新一代能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體涉及鈦酸鋰網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)的合成和以鈦酸鋰為負(fù)極材料、錳酸鋰為正極材料的柔性鋰離子電池及網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰電極結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

隨著柔性電子的發(fā)展，柔性的電子器件已經(jīng)成為各大公司相互競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)熱點(diǎn)。三星、LG公司相繼推出了彎曲的顯示屏。在2013年8月份，柔性技術(shù)已被外媒評(píng)選為2013年全球十大科技進(jìn)展之一。在今年10月2日和8日，LG公司先后宣布已經(jīng)成功量產(chǎn)柔性顯示屏和可彎曲的鋰離子電池，并且在10月29日推出了曲面智能手機(jī)G?Flex，成為世界上首款使用柔性電池的手機(jī)。由此可見柔性電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)我們的生活，而不再只是花俏。伴隨著柔性電子產(chǎn)品市場(chǎng)的興起，其必需供應(yīng)—鋰離子電池，也必須要朝著柔性化、彎曲化的方向發(fā)展，相信柔性鋰離子電池必將成為一個(gè)新興的市場(chǎng)寵物。然而，從事對(duì)柔性鋰離子電池的研究與開發(fā)的公司和機(jī)構(gòu)卻屈指可數(shù)。在已有的柔性鋰離子電池中，也沒有做到電池的長(zhǎng)壽命和高倍率，這對(duì)柔性鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用有很大的阻礙。因此，開發(fā)長(zhǎng)壽命、高倍率的柔性鋰離子電池迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰電極結(jié)構(gòu)及柔性的鋰離子電池的制備方法。采用所合成的網(wǎng)狀鈦酸鋰作為負(fù)極材料、合成的錳酸鋰納米棒作為正極材料，六氟磷酸鋰為電解液，制備一種高柔性的鋰離子電池。

本發(fā)明提出了一種柔性鋰離子電池的制備方法，該方法包括：

步驟101、在鈦片上生長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰作為負(fù)極材料；

步驟102、制作涂覆錳酸鋰納米棒，作為正極材料；

步驟103、將所述負(fù)極材料、鋰電池隔膜和正極材料以三明治狀疊加在一起，并置于兩層聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜中間進(jìn)行封裝，完成柔性鋰離子電池的制備。

本發(fā)明還提出了一種網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括：

步驟201：將鈦片先后在去離子水、丙酮、酒精中各清洗一遍；

步驟202：配制一定量的NaOH溶液；

步驟203：將配好的NaOH溶液置于高壓釜中，并將清洗好的鈦片置于其中；

步驟204：將所得的產(chǎn)物置于HCl溶液中，放置一段時(shí)間；

步驟205：將所得產(chǎn)物置于于LiOH溶液中，一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間；

步驟206：將上述產(chǎn)物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，煅燒一定時(shí)間，制備出網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰材料。

本發(fā)明具有如下有益效果：

a.針對(duì)目前鋰離子電池循環(huán)壽命短、倍率性能差的缺點(diǎn)，所制備的網(wǎng)絡(luò)狀鈦酸鋰電極結(jié)構(gòu)，循環(huán)壽命可以達(dá)到5000次，而性能沒有衰減；同時(shí)在80C的高倍率下，電池仍然保持103mAg/g的高容量，實(shí)現(xiàn)了鋰電池高倍率特性。

b.所制作的柔性鋰離子電池在彎曲狀態(tài)下依舊保持高的穩(wěn)定性，在循環(huán)70次之后，電池容量幾乎沒有衰減，可以解決目前柔性鋰電池在彎折狀態(tài)下容量衰減的問(wèn)題。

c.所制備的柔性鋰離子電池具有很優(yōu)異的倍率性能，可以在大電流(20C)下實(shí)現(xiàn)循環(huán)，且具有很高的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品對(duì)快速充放電的需求。

d.這種柔性鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)2.5V的電壓平臺(tái)，滿足一些電子產(chǎn)品對(duì)電池電壓的需求。

e.這種柔性鋰離子電池制作簡(jiǎn)單、成本比較低，利與推廣。

另外，本發(fā)明采用水熱法在鈦片上直接生長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)狀機(jī)構(gòu)的鈦酸鋰電極，與傳統(tǒng)的電極制備方法相比，這種直接生長(zhǎng)在導(dǎo)電襯底上的結(jié)構(gòu)不需要添加粘結(jié)劑，可以有效的增加活性物質(zhì)與集電極之間的電子傳輸。并且這種網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)有納米線組裝而成，可以充分發(fā)揮一維納米結(jié)構(gòu)和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，增大活性物質(zhì)與電解質(zhì)的接觸面積，增加鋰離子的傳輸和電子的輸運(yùn)，對(duì)提高鋰離子電池的容量和倍率性能有很大幫助。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中柔性電池制備方法流程圖；

圖2為本發(fā)明中鈦酸鋰電極材料合成流程圖；

圖3為拍攝的利用本發(fā)明生長(zhǎng)在鈦片上的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰掃描電子顯微鏡圖；

圖4為本發(fā)明中錳酸鋰納米棒合成流程圖；

圖5為利用本發(fā)明所生長(zhǎng)的錳酸鋰納米棒的掃描電子顯微鏡圖；

圖6為本發(fā)明中柔性電池封裝流程圖；

圖7為本發(fā)明中鈦酸鋰半電池的長(zhǎng)壽命測(cè)試結(jié)果；

圖8為利用本發(fā)明所制備的柔性鋰電池的循環(huán)表征；

圖9為本發(fā)明中柔性鋰電池電壓與容量的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式