[发明专利]一种超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极的制备方法

说明书

一种超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极的制备方法，它涉及一种阵列电极的制备方法。本发明的目的是要解决现有TiNb₂O₇电极材料的离子传输效率较差、导电率较低和存在输出功率大时容量会大幅降低的问题。方法：一、制备聚酰亚胺酸；二、制备聚酰亚胺纳米纤维；三、热亚胺化处理；四、炭化处理；五、制备混合溶液A；六、制备混合溶液B；七、退火，得到超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极。在10C的电流密度下，本发明制备的表面负载有TiNb₂O₇纳米棒阵列的炭纳米纤维阵列电极在1000个循环周期后仍保持大于230mAh g^‑1的容量。本发明可获得一种超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极。

技术领域

本发明涉及一种阵列电极的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已经成为我们日常生活不可或缺的设备。随着科学与技术的发展以及人们对生活需求的提升，电池的快速充放电、长寿命、安全稳定以及可弯折柔性等性能变得越来越重要。Li₄Ti₅O₁₂(LTO)对于Li⁺具有一个1～2V的氧化还原反应电位这消除了在电化学反应过程中锂金属析出的可能，而具有高安全性能和优异的循环稳定性。因此LTO被广泛用于锂离子电池电极材料，但LTO的理论容量仅为175mAh/g，它的储锂能力低于石墨，这限制锂离子电池的发展。被用于替代传统LTO电极材料的TiNb₂O₇，是一种具有单斜层状结构的电极材料，在锂离子二次电池领域具有广泛的应用前景。而TiNb₂O₇的理论容量为387.6mAh/g，它的理论容量类似于石墨(372mAh/g)，此外，它同时具有较高的工作电压(超过1.5V)，使其具有较高的倍率；由于能阻止锂金属析出织晶和电解液的分解，而具有较高的安全性能。可代替原来广泛应用的LTO电极，不过，TiNb₂O₇的离子传输效率较差和其本身的导电率较低，存在输出功率大时容量会大幅降低的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有TiNb₂O₇电极材料的离子传输效率较差、导电率较低和存在输出功率大时容量会大幅降低的问题，而提供一种超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极的制备方法。

一种超高倍率、长寿命柔性纳米纤维阵列电极的制备方法，具体是按以下步骤完成：

一、制备聚酰亚胺酸：

将4,4′-二氨基二苯醚溶解到N,N-二甲基乙酰胺中，再分3次～5次加入均苯四甲酸二酐，再在室温下搅拌反应2h～3h，得到聚酰胺酸；

步骤一中所述的4,4′-二氨基二苯醚的质量与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为(2g～5g):40mL；

步骤一中所述的4,4′-二氨基二苯醚与均苯四甲酸二酐的摩尔比为1:(1～1.05)；

二、制备聚酰亚胺纳米纤维：

在静电纺丝电压为15kV～20kV、喷丝速度为0.3mL/h～0.5mL/h、纺丝喷丝头与铝箔的距离为15cm～20cm、收集滚轮转速为200kr/min和横轴移动速度为20cm/min的条件下利用静电纺丝设备对聚酰胺酸进行静电纺丝8h～10h，得到表面部分固化的聚酰亚胺纳米纤维；

三、热亚胺化处理：