[发明专利]柔性锂离子电池用正极材料及其制备方法、应用以及柔性锂离子电池

说明书

本发明属于复合材料技术领域，提供了一种柔性锂离子电池用正极材料及其制备方法、应用以及柔性锂离子电池。本发明的一种柔性锂离子电池用正极材料，通过将微米级的活性材料加入到预先制备的多孔纤维素/碳纳米管前驱体中并利用抽滤的方法获得。本发明所制备的多孔纤维素/碳纳米管前驱体具有柔韧的特性且表面多羟基，在与微米级活性材料抽滤自组装过程中牢固地固定住活性材料，从而形成了高度致密的正极材料，从而使得该正极材料应用于锂离子电池的正极时具有较高的体积能量密度。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种柔性锂离子电池用正极材料及其制备方法、应用以及柔性锂离子电池。

背景技术

柔性锂离子电池作为一种新型电池可以有效的满足柔性电子器件的需求，在通信、医疗健康和传感器等领域有着广泛应用。作为电子设备中的能量来源，高性能柔性电池对其发挥着不可或缺的作用。然而，兼顾高能量密度的同时保持电极良好的柔性，成为了柔性电池面临的主要挑战之一。

近年来，为了解决该问题，具有低空间位阻和高结构可控性的纳米材料被广泛应用于柔性电极中。例如，线状电池和碳布为基材的柔性电池能够极大的提高柔性，但是由于低的活性物质载量和纳米材料低的密度使其极很难获得一个高的面积比容量和高的活性物质体积分数，大大降低了柔性电池的容量和能量密度。为了提高能量密度，部分研究者选择使用微米级的活性材料去替代纳米级活性材料以提升柔性电极的能量密度。然而，由于微米级材料本身低的比表面积和高的空间位阻，使其难以与目前绝大多数柔性基底产生有效而致密的结合，从而使得活性材料在柔性电极弯折时容易脱落，并且，微米级活性材料与柔性基底之间无法紧密结合也会影响柔性电极体积能量密度的进一步提升。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种柔性锂离子电池用正极材料的制备方法，以获得兼顾高能量密度和保持良好柔性的锂离子电池正极材料。

第一方面，本发明提供一种柔性锂离子电池用正极材料，通过将微米级的活性材料加入到预先制备的多孔纤维素/碳纳米管前驱体中并利用抽滤的方法获得。

第二方面，本发明提供的一种柔性锂离子电池用正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：将碳纳米管加入到纤维素溶液中，超声处理，获得碳纳米管和纤维素的混合溶液；

步骤S2：将所述碳纳米管和纤维素的混合溶液先进行冷冻处理，再进行冷冻干燥处理，获得多孔纤维素/碳纳米管前驱体；

步骤S3：将所述多孔纤维素/碳纳米管前驱体加入到活性材料溶液中，超声处理，再使用真空抽滤瓶进行抽滤，直至溶液完全抽干，最后进行干燥处理，获得所述柔性锂离子电池用正极材料。

可选地，所述步骤S1中，所述碳纳米管与所述纤维素溶液的重量比为1～4:1～4。

可选地，所述步骤S1中，所述纤维素溶液中的溶剂为水、醇或苯，溶质为细菌纤维素或植物纤维素；

所述活性材料的浓度为0.1～10g/L。

可选地，所述步骤S1中的超声处理的温度为0～15℃，功率为50～1000W，时间为1～30min。

可选地，所述步骤S2中，所述冷冻处理温度为-193～-5℃，处理时间为12～24h；

所述冷冻干燥处理的时间为24～64h，真空度为1～10Pa。

可选地，所述步骤S3中，所述活性材料为LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄或LiFePO₄，所述活性材料的粒径为0.1～50μm。

可选地，所述步骤S3中，所述多孔纤维素/碳纳米管前驱体与所述活性材料溶液的重量比为1～6:4～9。