[发明专利]一种基于碳布的柔性钛酸锂电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳布的柔性钛酸锂电极的制备方法，所述钛酸锂，其形貌为纳米棒矩阵结构，自组装生长于导电碳布上，可不使用任何粘结剂及导电碳黑，直接用作柔性锂离子电池电极。本发明所述钛酸锂纳米棒矩阵结构，可以为充放电中的离子传输提供通道，实现了柔性钛酸锂电极良好的高倍率、长循环性能，并且以此柔性钛酸锂电极组装的柔性锂离子电池在弯曲、折叠的状态下，仍然具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及新一代能源存储领域，尤其涉及基于碳布的柔性钛酸锂电极的制备方法。

技术背景

随着电子技术的快速发展，越来越多的电子设备正在向着轻薄化和柔性化的方向进行发展，例如三星和LG都推出了自家的柔性可折叠的屏幕，并且正在计划推出可折叠的手机等产品。目前显示组件和电路都可实现柔性和可折叠，但最大的挑战就是可以折叠的能源存储产品。传统的锂离子电池、超级电容器等产品，不但体积笨重，而且还无法折叠，在体积变化过大时，甚至会导致正负极之间发生短路，引发热失控，导致严重的安全问题。因此为了适应下一代柔性电子设备的发展，锂离子电池的发展方向也应向着柔性、可折叠的方向进行发展。然而，从目前的研究发展来看，长寿命和高倍率的柔性锂离子电池屈指可数，严重阻碍了柔性锂离子电池的发展。因此，开发长寿命、高倍率柔性锂离子电池迫在眉睫。

在制作柔性电极的方法中，活性物质生长于导电基底，比如导电碳布，是目前比较有效的方法之一。碳布主要由碳纤维编织而成，可以提供对材料的结构支撑及有效的电子的传输途径。然而，寻找高性能锂离子电池电极材料，仍是目前遇到的问题之一。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)具有缺陷尖晶石结构，嵌锂电位为1.55V(vs.Li⁺/Li)，不容易形成SEI膜，具有较好的高倍率性能。在充放电过程中，晶胞体积变化很小，被称为“零应变材料”，因此钛酸锂具有良好的循环稳定性。但是钛酸锂材料的电导率很低，限制其应用于锂离子电池电极材料。

发明内容

针对目前现有技术中存在的问题，，本发明提供一种基于碳布的柔性钛酸锂电极的制备方法，其具体技术方案为：

一方面一，本发明提供了一种基于碳布的柔性钛酸锂电极，所述电极为钛酸锂自组装生长于碳布而成。

所述钛酸锂为纳米棒自组装矩阵结构，所述纳米棒直径约为10-20nm，且纳米棒之间有缝隙。

所述碳布由碳纤维编制而成，碳纤维表面光滑，所述碳纤维直径为2.5到6μm。

另一方面，本发明提供了所述柔性钛酸锂电的制备方法，包括以下步骤：

将一定量的钛源滴加到15mL蒸馏水和13mL浓盐酸的混合液中得到钛源溶液，将钛源溶液转移到反应釜中，加入碳布，经过水热合成，得到生长于碳布上的二氧化钛纳米线；

将得到的二氧化钛纳米线分别用乙醇和蒸馏水超声洗涤5min后，经过真空干燥得到固体二氧化钛纳米线，滴入氢氧化锂的甲醇溶液，真空干燥后置于管式炉中，在800℃下，在惰性气体气氛中进行煅烧，得到基于碳布的柔性钛酸锂电极。

所述钛源为钛酸正丁酯和异丙醇钛中的一种或几种，作为本发明的其中一种技术方案，所述的钛源为3～0.5g的钛酸正丁酯；作为本发明的其中一种技术方案，所述异丙醇钛0.25～0.45g的异丙醇钛。

所述水热法的实验条件为温度180℃，时间为24h。

所述氢氧化锂的甲醇溶液的制备方法为：将氢氧化锂溶解在甲醇中，所述甲醇的体积为1mL；所述氢氧化锂中锂离子与钛源中的钛离子的摩尔比为0.75-0.85。

所述惰性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种。