[发明专利]一种疏电解液碳纳米管膜制备高电压柔性锂离子电池的方法

说明书

一种疏电解液碳纳米管膜制备高电压柔性锂离子电池的方法，涉及一种柔性锂离子电池的制备方法。依次包括如下步骤：步骤一，碳纳米管膜纳米氟化层包覆；步骤二，电极的制备及其组装；步骤三，电芯注入电解液。本发明具有如下的有益效果：本发明将纳米层厚度的氟化层包覆于碳纳米管表面可阻止锂离子进入碳纳米管内部，避免与其发生不可逆反应，从而提升电池的可逆容量。且组装成全电池具有良好的柔性，在折叠，揉搓等严重变形情况下依旧保持良好的电化学性能。本发明制备工艺简单，生产成本低廉，制备流程与工业化水平接近；所得柔性电池的工作电压高，续航能力强，可与传统的锂离子电池相媲美。

技术领域

本发明涉及一种柔性锂离子电池的制备方法，具体属于一种疏电解液碳纳米管膜的制备并将其作为锂离子电池负极活性物质的集流体，达到提升现有柔性锂离子电池工作电压的一种技术。

背景技术

随着可穿戴电子产品的快速发展，移动便携式电子设备已渗透到日常生活的方方面面，人们总是试图通过便携式移动电子设备随时随地享受互联网带来的便利。目前，一些概念和原型的柔性电子产品已相继问世，如华为5G折叠屏手机、柔性智能手环，GoogleGlass和苹果智能手表等。而与之匹配的电源系统是实现这些智能可穿戴设备应用的前提，不但需要其具有较长的待机能力和轻、薄、柔等特点，还需使其能承受压、弯、拉、卷甚至是折叠操作，以便于设备整体便携或穿戴。然而，基于金属集流体的商业化锂离子电池难以满足以上要求。为了满足柔性电子产品的商业化应用，各研究人员在柔性锂离子电池该方面做了大量的工作及研究。目前柔性锂离子电池研究的基底材料主要有石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其它低维纳米材料复合物等。如Mo等在《Natrue Communications》（自然通信）2017年第8卷13949-13956页的《3D nitrogen-doped graphene foam with encapsulatedgermanium/nitrogen-doped graphene yolk-shell nanoarchitecture for high-performance flexible Li-ion battery》一文中提出，利用石墨烯泡沫封装锗制备一种具有蛋黄壳纳米结构的柔性复合电极，该电极具有一定的可逆容量、循环能力和倍率性能。Kim等在《Carbon》2018年第139卷195-204页的《Additive-free electrode fabricationwith reduced graphene oxide using supersonic kinetic spray for flexiblelithium-ion batteries》一文中提出，利用喷涂技术将还原的氧化石墨烯涂覆到集流体上作为柔性负极，以钴酸锂为正极，聚二甲基硅氧烷为外包装组装成柔性电池。该柔性电池具有一定的柔性及电化性。Hu等在《Carbon》2015年第87卷292-298页的《Foldinginsensitive, high energy density lithium-ion battery featuring carbonnanotube current collectors》一文中提出，利用超轻、超柔的大面积碳纳米膜为集流体，分别以钴酸锂、钛酸锂作为正、负极材料涂敷于该膜表面得到可折叠锂离子电池。该电池在折叠过程中其性能不发生变化，制备工艺接近工业化水平、且安全性能较高，但其工作电压只有2.4 V，难以法满足商业化产品高能量密度的需求。上述研究中虽可制备出高比容量及稳定性好的柔性锂离子电池，但电压都不高，而提升电压的方法只能牺牲其比容量，最终导致电池能量密度提升不高。造成以上问题的根本原因是上述所用的柔性集流体材料在1.0V和0.1 V有锂离子的嵌入电位，因而只有选用相对锂电位高于1.0 V以上的负极材料涂敷在集流体才可能保证电池电化学性能的正常发挥，然而高电位的负极材料将导致电池工作电压的下降。

发明内容

本发明目的在于针对以上问题，提供一种疏电解液碳纳米管膜制备高电压柔性锂离子电池的方法，可以使柔性锂离子提供长续航能力、高工作电压及潜力大的商业化应用，使电池具有良好的电化学性能、优异的柔性、高的工作电压及低的生产成本等特点。

发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。