本发明涉及一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法。
背景技术
柔性手机、电子服装、可穿戴电子产品等一系列新概念的提出对新一代电池提出了“更轻、更小、更薄、柔性”的技术要求和挑战。研制轻质的柔性电池，满足可穿戴电子产品的应用需求，已逐渐成为新的研究热点。不同于传统的电池，柔性电池要求各组件具有柔性，即柔性正极、负极、电解质、隔膜和外包装，而构建柔性电池的关键是由柔性集流体与高比容量活性材料复合而成的柔性电极的成功研制。
硅负极材料被认为是构成柔性电极的理想活性材料。硅负极材料具有4200ma·h/g的理论比容量，是石墨材料的十倍有余。同时硅作为地壳中含量第二的元素，有望降低成本实现大规模生产，被认为是较为理想的下一代负极材料。但硅负极的发展也面临着一系列问题。与石墨作为锂电池负极的嵌入反应机理不同，硅作为负极材料的机理是合金化反应，即充电时硅和锂形成合金，放电时锂从合金中脱出。这使硅负极在充放电过程中发生约300%的体积变化，导致电极结构不稳定，容量迅速衰减。同时，硅作为一种半导体，硅负极的导电性也需要进一步提升；另一方面，由于硅负极充放电过程中的体积变化特性，硅材料很容易从传统的集流体上脱落，造成电极结构破坏。一些研究通过对铜集流体进行改性，提高电极的稳定性，但这种方法对于硅负极的性能提升有限。由于碳纳米管（cnt）被认为是制备柔性集流体的首选材料，具有以下优势：①可以形成网络结构，力学性能好、强度高；②提供电子传输通路，利于电化学反应进行；③有助于电化学活性相颗粒的分散，提供了离子运输的通道；④网络是柔性结构，可以缓冲反应过程中电极发生的巨大体积变化；⑤cnt具有本征缠绕和弯曲特性，适于拉伸设备应用；⑥相比于传统金属集流体，碳纳米管集流体更轻更柔，不仅可以满足柔性电池对于力学强度和力学柔性的需求，而且其相互贯通的通道可以使离子快速迁移。不仅如此，碳的化学惰性也确保了集流体的电化学稳定性，保证了电池的循环性能和倍率性能。此外，碳纳米管柔韧的网络结构和空隙，可以为硅材料的体积变化提供巨大的缓冲空间。虽然碳材料柔性集流体与金属集流体相比具有诸多优势，但是其制备过程复杂，生产成本高，产业化需要克服很多困难。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法。
本发明通过下面技术方案实现：
一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法，包括如下步骤：将15-25份多壁碳纳米管加入60-70份浓度为12mmol/l、ph为8.5的三羟甲基氨基甲烷溶液中，超声15-25min，加入10-20份盐酸多巴胺，在25-35℃下磁力搅拌2.5-3.5h，将混合溶液在12000r/min的转速下离心10-15min，分离得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管，再将产物加入由65-75份naoh和7-9份正十二烷基硫醇组成的溶液中，25-35℃放置14-16h后离心洗涤烘干后得到表面修饰过后的改性多壁碳纳米管pdcnt；将10-20份pdcnt、25-35份n-羟基琥珀酰亚胺和60-70份乙醇混合，超声分散40-50min后滴加在固定在玻璃板上的硅油纸上，用100μm刮刀涂布，25-35℃干燥23-25h后将薄膜从硅油纸上转移下来，得到pdcnt柔性薄膜；将20-30份纳米si颗粒、7-9份superpli和5-7份聚丙烯酸溶于45-55份乙醇配制城浆料，用100μm刮刀将配制好的浆料涂布pdcnt柔性薄膜固定在玻璃板上，25-35℃干燥23-25h后从硅油纸上转移下来，经辊压、裁片，即得；各原料均为重量份。
优选地，所述的制备方法中，超声20min。
优选地，所述的制备方法中，在30℃下磁力搅拌3h。
优选地，所述的制备方法中，将混合溶液在12000r/min的转速下离心12min。
优选地，所述的制备方法中，30℃放置15h。
优选地，所述的制备方法中，30℃干燥24h。
本发明技术效果：
该方法设备简单，安全可控，环境友好，生产成本低，制备的柔性电极具有较好的柔韧性和抗弯折性，可大规模制备。
具体实施方式
下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容。
实施例1
一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法，包括如下步骤：将20份多壁碳纳米管加入65份浓度为12mmol/l、ph为8.5的三羟甲基氨基甲烷溶液中，超声20min，加入15份盐酸多巴胺，在30℃下磁力搅拌3h，将混合溶液在12000r/min的转速下离心12min，分离得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管，再将产物加入由70份naoh和8份正十二烷基硫醇组成的溶液中，30℃放置15h后离心洗涤烘干后得到表面修饰过后的改性多壁碳纳米管pdcnt；将15份pdcnt、30份n-羟基琥珀酰亚胺和65份乙醇混合，超声分散45min后滴加在固定在玻璃板上的硅油纸上，用100μm刮刀涂布，30℃干燥24h后将薄膜从硅油纸上转移下来，得到pdcnt柔性薄膜；将25份纳米si颗粒、8份superpli和6份聚丙烯酸溶于50份乙醇配制城浆料，用100μm刮刀将配制好的浆料涂布pdcnt柔性薄膜固定在玻璃板上，30℃干燥24h后从硅油纸上转移下来，经辊压、裁片，即得；各原料均为重量份。
实施例2
一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法，包括如下步骤：将15份多壁碳纳米管加入60份浓度为12mmol/l、ph为8.5的三羟甲基氨基甲烷溶液中，超声15min，加入10份盐酸多巴胺，在25℃下磁力搅拌2.5h，将混合溶液在12000r/min的转速下离心10min，分离得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管，再将产物加入由65份naoh和7份正十二烷基硫醇组成的溶液中，25℃放置14h后离心洗涤烘干后得到表面修饰过后的改性多壁碳纳米管pdcnt；将10份pdcnt、25份n-羟基琥珀酰亚胺和60份乙醇混合，超声分散40min后滴加在固定在玻璃板上的硅油纸上，用100μm刮刀涂布，25℃干燥23h后将薄膜从硅油纸上转移下来，得到pdcnt柔性薄膜；将20份纳米si颗粒、7份superpli和5份聚丙烯酸溶于45份乙醇配制城浆料，用100μm刮刀将配制好的浆料涂布pdcnt柔性薄膜固定在玻璃板上，25℃干燥23h后从硅油纸上转移下来，经辊压、裁片，即得；各原料均为重量份。
实施例3
一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法，包括如下步骤：将25份多壁碳纳米管加入70份浓度为12mmol/l、ph为8.5的三羟甲基氨基甲烷溶液中，超声15-25min，加入20份盐酸多巴胺，在35℃下磁力搅拌3.5h，将混合溶液在12000r/min的转速下离心15min，分离得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管，再将产物加入由75份naoh和9份正十二烷基硫醇组成的溶液中，35℃放置16h后离心洗涤烘干后得到表面修饰过后的改性多壁碳纳米管pdcnt；将20份pdcnt、35份n-羟基琥珀酰亚胺和70份乙醇混合，超声分散50min后滴加在固定在玻璃板上的硅油纸上，用100μm刮刀涂布，35℃干燥25h后将薄膜从硅油纸上转移下来，得到pdcnt柔性薄膜；将30份纳米si颗粒、9份superpli和7份聚丙烯酸溶于55份乙醇配制城浆料，用100μm刮刀将配制好的浆料涂布pdcnt柔性薄膜固定在玻璃板上，35℃干燥25h后从硅油纸上转移下来，经辊压、裁片，即得；各原料均为重量份。
该方法设备简单，安全可控，环境友好，生产成本低，制备的柔性电极具有较好的柔韧性和抗弯折性，可大规模制备。