[发明专利]一种锂离子电池柔性电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池柔性电极材料的制备方法。1)采用熔融淬冷法制备V2O5溶胶；采用Hummers法制备氧化石墨烯；将两者混合搅拌均匀；置入反应釜进行水热反应，得到橙红色溶液；将泡沫镍剪成10mm×10mm的正方形，用稀盐酸、去离子水、丙酮和乙醇反复清洗并干燥，随后用油压机将其压实；将步骤2所得橙红色溶液直接负载在步骤3压实的泡沫镍上，并在Ar气氛下热处理使其结合。本发明成本低、方法简单且效率高。制备的柔性电极作为锂离子电池正极材料，在300mA g^‑1的电流密度和1.5‑4V电压范围内，在140次循环后可以保持183mA h g^‑1的放电比容量。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池柔性电极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会生活的不断丰富，人类对于各现代化设备与工具的要求也进一步的提高，可穿戴、可折叠等具有变形功能的电子设备开始进入人类的视线与生活，随之而来的，是对具有变形功能的储能器件的巨大需求。作为二次电池的主要代表，锂离子电池已经在手机、电脑、数码相机等小型电子设备领域已经占据了主导性的地位，又因其高能量密度、长续航时间、快速充放电、环境友好等突出优点，在电动汽车、储能系统等大型设备领域也有着巨大的发展潜力，并成为研究和开发的热点。因此，开发一种既具有变形功能，同时又有优异的电化学性能的锂离子电池是目前研究的焦点。

电极材料作为锂离子电池中最重要的组成部分，通常决定着锂离子电池性能的好坏。传统的锂离子电池是使用涂布法制备电池电极，也就是将活性物质与导电剂和粘结剂混合并制成浆料，均匀涂布在金属箔上，干燥并压片后作为锂离子电极的电极进行装配^[12]。这种传统的涂布法，不仅会因为导电剂和粘结剂的添加而降低了电极材料的比容量，还因为粘结剂的加入而影响了材料的导电性，从而使电池的电化学性能受到影响。并且对于柔性电池来说，这种电极制备方法也存在很大的弊端。一方面，用涂布法制备的电池电极不易弯曲，不具有很好的机械柔性；另一方面，即使电极片能够弯曲，在弯曲之后也难以恢复之前的形态，活性物质会从金属箔片上脱落，电池不能正常工作，电化学性能也会受到严重影响。所以，通常柔性电极的制备不采用涂布法，而是将活性物质直接与具有良好导电性的柔性材料复合，或是负载于具有机械柔性的导电集流体上，作为直接电极。

而目前，用于制作柔性电极材料的方法多采用石墨烯或碳纳米管作为支撑主体，其制作工艺复杂、成本较高，而且对主体材料的选择性较大。泡沫镍是一种具有多孔性、高比表面积、低密度等特点的三维网络状材料，作为电极支撑材料时具有很多的优点：(1)高比表面积的泡沫镍基板可以负载更多的活性材料，同时缓解颗粒间的团聚；(2)泡沫镍的多孔性不仅有利于电解液的渗透和离子的扩散，提高了电解液于活性物质的接触面积，而且为活性材料充放电时的体积变化提供更大的缓冲空间，有利于改善电极材料的循环稳定性；(3)三维网络状结构和金属导电性有利于提高电极材料的电极的电子导电性。同时，泡沫镍具有良好的柔性，经特殊处理的泡沫镍在多次弯折后依然保持结构的完整性。

钒资源丰富，又有极佳的嵌锂/脱锂性能，因此钒氧化物是极具开发价值的锂离子电池的正极材料。但是钒基材料导电性不佳、循环性能差的问题也亟待解决与优化。石墨烯因其优良的导电性、独特的蜂窝煤状的二维片层结构和大的表面积，在提高电极材料的电化学性能方面具有明显的优势。又因为石墨烯良好的机械韧性和机械强度，成为柔性电极方面的主要研发对象。将石墨烯与钒氧化物复合作为锂离子电池的电极材料，一方面可以提高电极材料的导电性与电化学性能，另一方面也可以优化钒基电极材料的柔性。而为了进一步满足柔性电极对于电化学性能和机械性能的特殊要求，将活性物质负载于本身就具有机械韧性的基底上制作成直接电极来代替传统的涂覆法制备电池电极的方式，既能避免导电剂和粘结剂对于电极的电化学性能的影响，又能满足电极的柔性要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种锂离子电池柔性电极材料的制备方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：