[发明专利]一种用于柔性锂离子电池的三维多孔复合极片的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种用于柔性锂离子电池的三维多孔复合极片的制备方法，将纳米纤维加入到一份N‑甲基吡咯烷酮中，超声分散配制纳米纤维悬浮液；将碳纳米管加入到另一份N‑甲基吡咯烷酮中，超声分散配制碳纳米管溶液；将活性物质和粘结剂加入到双行星搅拌罐中搅拌，得到活性物质和粘结剂的混合物；将碳纳米管溶液和纳米纤维悬浮液加入到活性物质和粘结剂的混合物中继续搅拌，得到活性物质/碳纳米管/纳米纤维的混合浆料；将混合浆料注入到模具中后置于水浴中使其凝胶化，经冷冻干燥后得到柔性活性物质/碳纳米管/纳米纤维三维多孔复合极片。采用本发明的方法制备的极片有高度连通的三维多孔结构、优异的电化学活性和柔韧性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及到一种用于柔性锂离子电池的三维多孔复合极片的制备方法。

背景技术

随着柔性和可穿戴式电子设备的快速发展，柔性电子设备已显示出巨大的潜在市场空间，而柔性电池的缓慢发展却严重制约了柔性消费电子产品的开发和利用，因此，开发出能在重复弯曲的情况下依然提供稳定能源的柔性电池是目前急需解决的问题。迄今为止，已有很多关于柔性电池的报道，然而，这些柔性电池普遍存在容量较低或弯曲性能较差的缺点，不能满足市场的需要。

一般而言，通过提高活性物质(Active Materials)的负载量可以提高柔性电池的容量，然而，随着活性物质的面密度增加，极片的厚度也会增加，纳米颗粒很容易从极片中脱离，从而影响容量的发挥；其次，在反复弯曲的过程中，极片易从集流体上剥离，造成电池整体失效。通过加入碳纳米管(CNTs)作为导电剂可有效改善上述问题。当碳纳米管的含量较多时，碳纳米管由于强烈的π-π共轭作用而团聚，不仅降低极片的导电性，而且会导致极片中存在应力集中点，使极片的柔韧性能变差。当碳纳米管含量较少时，活性物质不能很好的附着在碳纳米管上，极片易产生掉粉现象；同时，活性物质与导电剂之间不能很好的接触，从而导致极片的导电性能较差。虽然碳纳米管的加入赋予了柔性电池更优异的性能，但是柔性电池的能量密度和机械性能仍需进一步得到提高。采用纳米纤维(NF)增强的方式，不仅可以赋予极片优异的柔韧性，而且可以通过纳米纤维素负载更多的活性物质，从而在提高柔性电池能量密度的同时保证其具有优异的弯曲性能。关于采用纤维素增强的方式制备柔性电极已有报道，但是普遍是采用过滤或纺丝的方法，因此，极片的形状主要为薄膜或圆柱体；其次，电极中纤维素的含量也会限制柔性电池的容量和机械性能。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于柔性锂离子电池的三维多孔复合极片的制备方法，该方法制备的多孔极片具有高度连通的三维多孔结构、优异的电化学活性和柔韧性，能广泛的应用于高性能柔性储能器件中。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种用于柔性锂离子电池的三维多孔复合极片的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：将纳米纤维加入到一份N-甲基吡咯烷酮中，超声分散配制成纳米纤维悬浮液；

步骤二：将碳纳米管加入到另一份N-甲基吡咯烷酮中，超声分散配制成碳纳米管溶液；

步骤三：将活性物质和粘结剂加入到双行星搅拌罐中搅拌，使活性物质和粘结剂充分混合，得到活性物质和粘结剂的混合物；

步骤四：将碳纳米管溶液和纳米纤维悬浮液加入到混合均匀的活性物质和粘结剂的混合物中，继续搅拌，得到活性物质/碳纳米管/纳米纤维的混合浆料；

步骤五：将得到的活性物质/碳纳米管/纳米纤维混合浆料注入到模具中，然后置于水浴中使其凝胶化，经冷冻干燥后得到柔性活性物质/碳纳米管/纳米纤维三维多孔复合极片。

进一步地，所述步骤一中的纳米纤维为植物纳米纤维或细菌纳米纤维。

进一步地，所述步骤二中的碳纳米管为超高纯多壁碳纳米管，管径为20-40nm。