[发明专利]一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法

说明书

本发明公开了一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，涉及一种有机柔性电极材料的加工方法，其加工方法包括：将有机电极材料与酸溶液配制成复合溶液；将柔性导电基底浸入到所述复合溶液中，待吸附饱和后取出，用水洗去多余的酸溶液，然后于真空烘箱里烘干，即得到无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极。相比于现有技术，本发明里的有机电极材料可以达到纳米尺度以下的分散，让有机电极材料与导电基底得以充分接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用，使用的溶解有机电极材料的溶液在加工完成后可很容易地除去，便于大规模制备，且原料价格便宜，来源广泛。

技术领域

本发明涉及一种有机柔性电极材料的加工方法，尤其涉及一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法。

背景技术

随着可穿戴设备的兴起，对于可穿戴设备电子器件进行供能的柔性储能器件也随之兴起。锂离子电池由于其能量密度高，自放电小且循环寿命长，是柔性储能器件理想之选。柔性锂离子电池的组成和传统的锂离子并无区别，通常由正极、负极、隔膜和液态(或聚合物)电解液组成，只是其电极均具有柔性，因此对电极的设计和加工提出了更高的要求。柔性负极材料往往可以选用碳布，石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜等，这些材料不仅机械强度高，柔性好，而且可逆容量高，非常适合做柔性锂离子电池的负极。然而对于锂离子电池柔性正极的制备却很具有挑战。目前商用的钴酸锂(LiCoO₂)，磷酸铁锂(LiFePO₄)，锰酸锂(LiMn₂O₄)等无机正极材料往往是粉体形态，且它们在常用溶剂中的分散性很差，不利于柔性电极的加工。

有机电极材料由于其丰富的原料来源，环境友好性和分子尺度的电化学性能可调性而受到广泛的关注。本来有机材料良好的溶液加工性能非常利于大面积膜状柔性电极的制备，但却不利于作为锂离子电池的电极材料，因为电极材料溶于电解液(极性有机溶剂)会导致容量急剧衰减，影响循环寿命。目前常用的有机电极材料往往是一些难溶于极性溶剂的聚合物或芳香分子如苝酰亚胺(PDI)等，加工电极时也按照无机粉体的加工方法，难以制备性能良好的柔性有机电极。同时，制备柔性电极的时候往往需要借助聚合物粘结剂来提供柔性，不导电且无法提供电活性的聚合物的加入会严重影响电极的电化学性能。现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，需要使用碳纳米管薄膜或石墨烯薄膜来作为导电基底，材料价格昂贵，且往往用到抽滤成膜技术，耗时长，薄膜的大小依赖抽滤装置的大小，难以大规模利用。Zhixiang Wei等让均苯四甲酸酐和乙二胺在碳纳米管薄膜上原位聚合制备了无粘结剂的柔性锂离子正极(Flexible and Binder-Free Organic Cathodefor High-Performance Lithium-Ion Batteries[J].Advanced Materials,2014,26(20):3338-3343)；Zhixiang Wei等还将碳纳米管和有机电极材料借助表面活性剂在水中分散，然后抽滤成膜得到无粘结剂的柔性锂离子正极(A Carbonyl Compound-Based FlexibleCathode with Superior Rate Performance and Cyclic Stability for FlexibleLithium-Ion Batteries[J].Advanced Materials,2018,30(4):1703868)。

现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，所用溶剂只能将有机电极材料进行较宏观尺度地分散，有机电极材料与导电基底的接触并不充分，难以充分利用有机电极材料的活性位点。现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，往往要用到表面活性剂来分散有机电极材料，或对其进行复杂的化学改性，工艺繁杂。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，该方法里有机电极材料可以达到纳米尺度以下的分散，让有机电极材料与导电基底充分得以接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用；使用的溶解有机电极材料的溶液在加工完成后可很容易地除去；便于大规模制备，原料价格便宜，来源广泛。

发明内容