[发明专利]一种碳纳米管复合电极制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池储能技术，具体讲涉及一种碳纳米管复合电极制备方法。

背景技术

1997年有短评文章指出碳纳米管将可以运用于锂离子电池电极材料中，而在两年后的1999年便出现了真正将碳纳米管作为锂离子电池负极材料取代常规碳材料的研究，至此之后碳纳米管在锂离子电池体系中的应用进入了快速发展的阶段，从早期的直接做负极材料使用，到作为正极材料和负极材料导电剂或导电添加剂使用，或作为无集流体电极衬底使用，直到最近研究发现通过对碳纳米管进行特殊官能团的修饰，碳纳米管同样可以作为一种特殊的正极材料使用。

碳纳米管在锂离子电池体系中所发挥的不同作用，首先是作为导电剂或导电剂添加剂，碳纳米管之所以能作为导电组分应用，主要是由其所特有的物理性质决定的，碳纳米管相对于其他导电碳材料，具有较高的导电率，室温测量可达到5×105^S/m，同时作为一种特殊的一维纳米材料，它具有很高的长径比（>10000），意味着在较小的掺入比例下，就可以是电极材料获得较好的导电效果，相对于其他导电碳材料而言，可以有效减少导电剂用量，从而间接提高单位体积内活性物质的负载量，进而提高单体锂离子电池的能量。并且碳纳米管具有手性π轨道重叠的特性，电子在其内部传递时可以沿其径向以微米级的平均自由程进行传送，这一特性可以有效电极材料的倍率性能，对于实际应用具有很重要的意义。在导电剂应用方面，碳纳米管可以运用于不同的电极材料，如正极材料中LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiNi_0.8Co_0.2O₂，LiFePO₄，Li₃V₂(PO₄)₃，LiNi_0.45Al_0.05Mn_1.5O₄，LiCo_0.5Mn_0.5PO₄等，如负极材料中Co₃O₄，CoO，Li₄Ti₅O₁₂，SnO₂，CoFe₂O₄等，无论对于正极材料还是负极材料，碳纳米管作为导电剂引入其中都能形成较好的导电网络，有利于电子的传输，因此制备的电极材料往往具有优异的大倍率性能，而且长循环稳定性也有改善。

碳纳米管作为导电剂使用的另一种形式就是作无集流体复合电极，无集流体电极并非是没有集流体，而是利用碳纳米管制备的薄膜取代常规的集流体（铜箔或者铝箔），这一形式主要实现方式就是将电极材料复合在碳纳米管薄膜之中，这样碳纳米管薄膜在充当导电剂的同时也可以作为集流体，因此可以减少其他导电碳材料和常规集流体的使用，并且薄膜复合电极相对于常规集流体电极具有导电性更好，质量更轻，柔韧性更好的特点，可以开阔锂离子电池的应用领域，更重要的是相对于常规锂离子电池，薄膜复合的电池单位体积内所含活性物质质量提高，电池整体能量密度也明显提高。

除了利用其导电性质之外，碳纳米管的最早出现在锂离子电池中便是以直接作为负极材料取代常规碳材料来使用的，相对于常规石墨负极，碳纳米管负极材料其理论比容量超过1116mAh/g，远大于石墨负极的372mAh/g，如此高的容量主要是因为除了碳纳米管本身碳环储锂之外，其管状结构存在大量缺陷，可以提供脱嵌锂的位置，并且碳纳米管碳层之间也可以储锂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种碳纳米管复合电极制备方法，该方法以醋酸锰和多壁碳纳米管为原材料，通过静电喷雾沉积装置，摸索了制备过程中的参数控制，成功制备了醋酸锰/多壁碳纳米管复合电极。这种薄膜复合电极相对于常规集流体电极具有导电性更好，质量更轻，柔韧性更好的特点，可以开阔锂离子电池的应用领域，同时，相对于常规锂离子电池，薄膜复合的电池单位体积内所含活性物质质量提高，电池整体能量密度也明显提高。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种碳纳米管复合电极制备方法，其改进之处在于，所述方法包括：

（1）配制醋酸锰溶液；

（2）对多壁碳纳米管进行预处理；

（3）将所述醋酸锰溶液倒入多壁碳纳米管制得前驱液；