一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水及其在制备纤维型电池中的应用

本发明属于墨水挤出，具体涉及一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水及其在制备纤维型锂离子电池电极和纤维型锂离子电池中的应用。

背景技术：

1、纤维型锂离子电池具有可与传统纺织工业相适配、较好的舒适性和透气性以及优异的柔性等优点，相比于笨重且坚硬的传统锂离子电池，近年来越来越受到广泛关注。但是目前制备纤维型锂离子电池一般通过活性物质在柔性基底或集流体上进行物理或者化学负载来进行制备，制备出来的纤维型锂离子电池线性比容量较低(<0.1mah cm-1或<50mwhcm-3)，并不能满足在柔性可穿戴器件和智能设备中的实用化价值。

2、墨水挤出技术可以直接对符合特定流变性能的墨水进行挤出，从而连续得到组分均匀尺寸稳定的纤维材料，在制备电化学储能器件、柔性传感器件和生物医学材料等领域具有重要的应用。

3、然而，现有利用墨水挤出方法制备纤维电极的方法普遍存在着过量使用不导电成分导致活性物质含量低(<50％)等缺陷，从而直接影响到比容量和倍率性能等电化学表现。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水及其制备方法和应用，可用于制备超高能量密度的纤维型锂离子电池电极，能够满足其在众多电子功能器件方面的应用要求。

2、为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水的制备方法，将吡咯改性氧化石墨烯、导电添加剂、粘度调节剂和电极活性物质加入溶剂中，搅拌分散即可。

4、进一步地，吡咯改性氧化石墨烯的质量为总体固含量的4～10％；所述导电添加剂与吡咯改性氧化石墨烯的质量比为1:2～2:1；所述吡咯改性氧化石墨烯的质量与溶剂的质量比为0.5～1:50～80。

5、进一步地，吡咯改性氧化石墨烯的质量与溶剂的质量比为1:56。

6、进一步地，导电添加剂为碳纳米管。

7、进一步地，粘度调节剂为聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)或者聚偏二氟乙烯。

8、进一步地，溶剂为有机溶剂。

9、进一步地，有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮。

10、进一步地，电极活性物质为含锂活性物质。

11、进一步地，电极活性物质为正极材料(磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，三元材料等)或负极材料(钛酸锂，石墨，sno2，si/c等)。

12、一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水，其采用上述方法制备得到。

13、一种制备纤维型锂离子电池电极的方法，通过墨水挤出技术将上述可致密化功能墨水挤出形成纤维电极，然后在室温下进行溶剂交换后进行毛细干燥即可。

14、进一步地，挤出气压为30～50psi，针头的直径为0.6～1.2mm，墨水挤出速率为10～80mm s-1。

15、进一步地，溶剂交换过程中使用的溶剂为乙醇。

16、上述方法制备得到的纤维型锂离子电池电极在制备锂离子电池中的应用。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明中所采用的吡咯改性氧化石墨烯一方面为活性物质的负载提供更多的比表面，另一方面诱发毛细收缩致密化提高纤维电极的振实密度；并且其作为导电基底与碳纳米管相互搭接形成的三维连续网络不仅可以保证整体电极优异的电子导电性，而且可以有效缓冲外界应力变化维持电极结构稳定性。再以聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)或聚偏二氟乙烯作为流变调节剂和粘结剂，使得墨水具备可均匀挤出的流变条件和稳定的机械强度。

19、2、本发明制备的高能量密度纤维型锂离子电池电极在作为电化学储能器件时，展现出优异的柔性和耐用性，其具有超高的线性能量密度(1.14mwh cm-1)和体积能量密度(96.68mwh cm-3)。

技术特征：

1.一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水的制备方法，其特征在于，将吡咯改性氧化石墨烯、导电添加剂、粘度调节剂和电极活性物质加入溶剂中，搅拌分散即可。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯改性氧化石墨烯的质量为总体固含量的4～10％；所述导电添加剂与吡咯改性氧化石墨烯的质量比为1:2～2:1；所述吡咯改性氧化石墨烯的质量与溶剂的质量比为0.5～1:50～80。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述导电添加剂为碳纳米管。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粘度调节剂为聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)或者聚偏二氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂n-甲基吡咯烷酮。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极活性物质为锂离子电池正极或负极材料。

7.一种应用于快速墨水挤出技术的电极墨水，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述方法制备得到。

8.一种制备纤维型锂离子电池电极的方法，其特征在于，通过墨水挤出技术将权利要求7所述的功能墨水挤出形成纤维电极，然后在室温下进行溶剂交换后进行毛细干燥即可。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，挤出气压为30～50psi，针头的直径为0.6～1.2mm，墨水挤出速率为10～80mm s-1。

10.权利要求8或9所述方法制备得到的纤维型锂离子电池电极在制备锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种应用于快速墨水挤出技术的可致密化功能电极墨水及其在制备纤维型电池中的应用。该电极墨水的制备方法为：将吡咯改性氧化石墨烯、导电添加剂碳纳米管、粘度调节剂和粘结剂聚(偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯)或聚偏二氟乙烯以及电极活性物质加入溶剂中，搅拌分散即可。本发明采用吡咯改性氧化石墨烯作为导电负载基底和毛细收缩诱发剂，一方面为活性物质的负载提供更多的比表面，另一方面诱发毛细收缩致密化提高纤维电极的振实密度；同时，与碳纳米管共同建立的三维导电网络极大改善了纤维电极的导电性。

技术研发人员：张楚虹,李小龙,凌尚文,周甜甜
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11