一种PEO基柔性薄膜电极材料的制备方法与流程

文档序号：12474564阅读：1533来源：国知局

本发明涉及材料领域，具体地说是一种PEO基柔性薄膜电极材料的制备方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，柔性可穿戴电子设备已经成为世界各国研究的热点。柔性电子设备的核心部件是柔性锂离子电池。传统的锂离子电池主要是将活性物质、粘结剂和导电剂混合涂覆在金属集流体上，经过烘干辊压而成，其存在工艺复杂、金属集流体会增加电极和整个电池的重量、粘结剂溶剂为有毒物质等问题，水溶性自支撑柔性薄膜电极材料可以明显改善上述问题。

目前用于锂离子电池普遍选择使用的粘结剂主要是有机氟聚合物，其主要成分是聚偏氟乙烯(PVDF),该物质具有良好的化学稳定性和温度特性，而且与全氟化的相比较，热塑性的PVDF有优良的机械性能和加工性能。但是，PVDF用作电池的粘结剂，需要选择合适的溶剂。而能溶解PVDF的有机溶剂，一般为有毒溶剂，污染环境；而且PVDF会与锂金属及碳化锂反应，这些反应都是放热反应，会导致电池自身热量的释放；PVDF还可被非水相液态电解质溶胀，使电极材料对集流体的粘附力变差，从而引起电极材料间接触电阻的增加。由于上述原因，人们正在努力寻找一种廉价且使用对环境友好的不含氟的粘结剂。

PEO作为一种水性粘结剂，其粘结性强且具有一定的离子导电性。高氯酸锂不仅降低了PEO的结晶性，同时增强了离子导电性。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，有显著共轭效应，因此具有良好的导电性，羧基化碳纳米管由于其羧基官能团增强了其在水溶液中的分散性。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有方法工艺复杂、柔性材料结构不稳定性、活性物质分散不均匀、溶剂为有毒物质、电化学性能差的技术问题，提供一种工艺简单、柔性材料结构稳定性好、活性物质分散均与性好、水溶性无污染、电化学性能良好的PEO基柔性薄膜电极材料的制备方法。

为此，本发明提供一种用于锂离子电池的PEO基柔性薄膜电极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)称取PEO，溶于去离子水中，搅拌得到均匀透明的溶液；(2)将高氯酸锂和碳纳米管依次加入步骤(1)得到的均匀透明溶液中，搅拌得到均匀分散的黑色溶液；(3)在步骤(2)得到的均匀分散溶液中加入活性物质，搅拌得到均匀分散的浆料；(4)将步骤(3)得到的均匀分散的浆料通过溶液浇筑法，烘箱干燥，制备出PEO基柔性电极材料。

优选的，步骤(1)中，PEO的分子量Mv＝1×10⁶～5×10⁶，PEO浓度为0.8～2.4wt％。

优选的，步骤(1)中，搅拌速度为400～800r/min，搅拌时间为6～12h。

优选的，步骤(2)中，LiClO₄的加入量为：其Li⁺离子相对于PEO的O原子的摩尔比为：O:Li⁺＝(8～12)：1。

优选的，步骤(2)中，CNT与PEO的质量百分比为0.5～5wt％。

优选的，步骤(3)中活性物质负极材料为二氧化钛、硅及其氧化物、锰氧化物、碳素材料或锡基化合物中的一种；正极材料为锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂钴氧化物、锂铁氧化物、硫单质或五氧化二钒中的一种。

优选的，步骤(3)中，活性物质与PEO的质量百分比为10～50wt％，搅拌时间12～24h。

优选的，步骤(4)中，浆料干燥温度为60～80℃，干燥时间为24～36h。

本发明针对PEO和某些活性物质导电性差的问题，提出了在制备浆料的过程中加入CNT，利用CNT良好的导电性，将PEO分子链活性物质搭接起来。本发明为了提高薄膜整体的离子导电性，同时降低PEO的结晶性，加入LiClO₄，扫描电镜可以清楚地看到活性物质的分布。本发明制备出的柔性电极材料，实现了自支撑材料双重导电性的提高，提供了一种有效的分散活性物质的方法，制备过程简单，在柔性电极材料制备方面有很广阔的应用空间。

本发明的有益效果如下：

(1)利用CNT的良好导电性，成功将PEO分子链与活性物质搭接起来，提高了电极材料的导电性。

(2)加入LiClO₄无机粒子，一方面降低了PEO的结晶性，提高了其粘结性能和薄膜的柔韧性；另一方面提高了薄膜整体的离子导电性，最终提高了其电化学性能。

(3)本发明中PEO基柔性薄膜电极材料用于锂离子电池中，电化学性能较好，有效的拓宽了柔性电极材料的应用前景。

(4)将上述步骤所得浆料通过溶液浇筑法制成活性物质分散均匀且具有双重导电性的柔性薄膜电极材料。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的PEO/CNT/LiClO₄柔性薄膜的扫描电镜图片。

图2为本发明实施例2制备的PEO/石墨柔性薄膜电极材料的扫描电镜图片。

图3为本发明实施例1制备的PEO/二氧化钛柔性薄膜电极材料的扫描电镜图片。

图4为本发明实施例3制备的PEO/硫柔性薄膜电极材料的扫描电镜图片。

图5为本发明实施例1制备的PEO/二氧化钛柔性薄膜电极材料的光学图片。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。

以下实例中所使用的PEO购于上海阿拉丁生化科技股份给有限公司，其他原料均为市售产品且使用前不经过任何进一步处理。

下文将通过附图和实施例对本发明作进一步说明，该说明并不限制本发明专利范围。

实施例1

(1)称取0.8g分子量Mv＝5×10⁶的PEO，溶于50ml去离子水中，制得PEO的浓度为1.6wt％，400r/min磁力搅拌12h，得到澄清均匀的水溶液。