[發(fā)明專利]一種柔性自支撐復(fù)合電極的制備方法和用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610297665.2
• 申請(qǐng)日: 2016-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105742561A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 包婷婷;鄭和勇;梁大宇;衛(wèi)友亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 汪貴艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池電極，具體涉及一種柔性自支撐復(fù)合電極的制備方法和用途。

背景技術(shù)

隨著化石資源的枯竭和環(huán)境污染的嚴(yán)重，清潔能源的利用是當(dāng)前最前沿、最核心的全球問(wèn)題。當(dāng)前以二次電池為代表的，特別是鋰二次電池的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，被稱為是有可能改變世界能源格局的突破性技術(shù)。然而隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展與需求，更高能量、更高功率、更長(zhǎng)壽命、甚至是具有柔性特征的二次電池亟待開(kāi)發(fā)。

傳統(tǒng)的二次電池電極材料大多使用了導(dǎo)電的玻璃襯底或金屬基片，存在重量大及不易彎曲等問(wèn)題，很大程度上限制了其使用范圍。因此，不需要使用粘結(jié)劑和集流體的柔性自支撐電極引起了越來(lái)越多研究者的興趣，該類電極能夠有效提高活性材料在極片中的占比，提升電池的能量密度，同時(shí)可應(yīng)用于曲型電子產(chǎn)品、電動(dòng)設(shè)備及可穿戴品等。

近年來(lái)，相對(duì)于無(wú)機(jī)物而言，具有更好的機(jī)械可加工性、更高的理論比容量和綠色可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)化合物被廣泛的應(yīng)用于二次電池電極材料的研究中，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等。但是它們大多是通過(guò)真空濺射或氣相沉積的方法制備成電極的，其工藝設(shè)備復(fù)雜，難以產(chǎn)業(yè)化。因此，急需尋求新的易于規(guī)?；a(chǎn)的，具有更好機(jī)械和電化學(xué)性能的新型電極材料。

新發(fā)現(xiàn)的具有共軛羰基結(jié)構(gòu)的聚1,4-蒽醌粉體材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，而且易溶于CHCl₃溶液，可通過(guò)溶劑揮發(fā)法自成膜。因而希望能夠通過(guò)添加具有優(yōu)異導(dǎo)電性的石墨烯、導(dǎo)電碳及形成多孔結(jié)構(gòu)來(lái)增加材料的導(dǎo)電性，制備出一種柔性自支撐的復(fù)合電極并應(yīng)用于二次電池以滿足人們對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備更高性能的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種柔性自支撐復(fù)合電極的制備方法和其在二次電池中的用途。操作簡(jiǎn)單，易于放大，獲得的復(fù)合電極機(jī)械性能及電化學(xué)性能優(yōu)良。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種柔性自支撐復(fù)合電極的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將石墨烯、導(dǎo)電碳及納米SiO₂超聲分散于溶劑中形成穩(wěn)定的懸浮液體系；

(2)將聚1,4-蒽醌溶解于CHCl₃溶液中，并加入到步驟(1)中的穩(wěn)定懸浮液中，繼續(xù)超聲分散5～10min使之混合均勻；然后邊加熱邊攪拌6～12h，形成濃縮混合溶液；

(3)將濃縮混合溶液轉(zhuǎn)移至具有平整基板的液槽里，并階梯式升溫使其中的溶劑完全揮發(fā)而形成薄膜；

(4)自然冷卻至室溫，將薄膜從基板上剝離；

(5)將薄膜浸泡于氫氟酸溶液中除去SiO₂，再用蒸餾水洗滌、干燥得柔性自支撐復(fù)合電極。

進(jìn)一步方案，所述石墨烯與導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為1:2～2:1。

所述石墨烯與聚1,4-蒽醌的質(zhì)量比為5～20:60～90。

所述導(dǎo)電碳為乙炔黑、超導(dǎo)炭黑、科琴碳中的至少一種；所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。

所述納米SiO₂的直徑為20～50nm。

所述聚1,4-蒽醌與CHCl₃溶液的質(zhì)量比是1:10～5:10；所述濃縮混合溶液的質(zhì)量濃度為50％～90％。

所述氫氟酸溶液的濃度為0.05～1mol/L。

所述階梯式升溫為100℃真空干燥6h后，再升溫至120℃繼續(xù)干燥6～10h使溶劑完全揮發(fā)。

所述柔性自支撐復(fù)合電極的厚度為20～50μm、孔隙率為20％～40％。

本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供經(jīng)上述制備的一種柔性自支撐復(fù)合電極的用途，所述柔性自支撐復(fù)合電極在制備鋰/鈉二次電池中作為正極。

二次電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外殼，其中所述二次電池的正極為本發(fā)明所述的柔性自支撐復(fù)合電極，所述負(fù)極為金屬鋰片、鋰合金或金屬鈉片、鈉合金，所述隔膜為PP&PE隔膜或陶瓷涂覆隔膜，所述電解液為二次電池常用非水電解液或固體電解質(zhì)。