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一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法技术

技术编号:20393363 阅读:16 留言:0更新日期:2019-02-20 04:16
本发明专利技术提供了一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,该发明专利技术的制备方法如下:首先,将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂均匀混合,制备成浆料;然后,将浆料均匀的涂覆在光滑疏水的蓝宝石衬底表面以形成连续的薄膜,烘干;其次,将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中,采用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落;最后,利用铜网将脱落的薄膜从水中捞起,烘干即可得到柔性无集流体薄膜极片。该方法制备得到的柔性无集流体薄膜极片可自支撑,具有很好的机械强度和柔性。本发明专利技术工艺简单可控、制备成本低,性能提升显著可靠,制备的柔性无集流体薄膜极片表现出优越的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法
本专利技术涉及涉及柔性锂离子电池
,具体是涉及一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于能量密度高、自放电小、循环寿命长、安全性好、无污染、可快速充放电等优点,使其在电子设备、数码产品、电动汽车以及能量存储等领域得到广泛的应用。近年来,特别是随着电子技术的不断发展,电子设备正朝着小型化、便携式和可穿戴方向发展。为了满足电子设备的小型化、便携式和可穿戴需求,发展柔性器件已是大势所趋。柔性器件的实现,其至关重要的环节是电池的柔性化。因此,开发一种具有高能量密度并具有优良柔性的锂离子电池已成为目前锂离子电池领域研究热点之一。常见的锂离子电池主要由正极极片、负极极片、隔膜、电解液、极耳以及外包装组成。目前,正、负极极片一般是通过将活性物质以浆料的形式均匀涂覆在金属集流体上制备获得,其中正极极片采用金属铝箔作为集流体,负极极片采用金属铜箔作为集流体。采用该方法获得的正、负极极片,不仅金属集流体质量较大,导致电池能量密度低,而且柔性极差,金属集流体与活性物质之间的粘结强度弱,在多次重复弯曲后,活性物质易从金属集流体上脱落,导致器件使用寿命下降。因此,通过传统方法制备获得的电池限制了其在柔性器件中的应用。为了得到具有更好柔性的电池,研究人员在此方面提出了很多制备方法。到目前为止,国内外已有报道的柔性电池制备方法主要集中在以下几个方面:[文献1:KretschmerKetal.GreenChemistry,2016,18(9):2691-2698;文献2:SongJYetal.Nanomaterials,2018,8(2):90;文献3:GaoP.ACSappliedmaterials&interfaces,2018,10(4):3938-47;文献4:LiN.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2012,109(43):17360-17365],即利用碳纸、碳布、纺织品、石墨烯等高柔性材料作为导电集流体,以达到提高电极极片柔性的目的。尽管这些方法取得了较大的进展,但仍普遍存在一些问题:电极极片在制备时,需要采用真空抽滤工艺,此制备工艺过程复杂、成本高、耗时较长,不适合大规模生产;此外,虽然利用碳纸、碳布、纺织品、石墨烯等高柔性材料取代金属集流体,改善了电池的柔性,但集流体仍占据电池部分质量,一定程度上降低了电池的能量密度。因此,如何有效制备具有高能量密度的柔性电极极片,是柔性锂离子电池领域亟需解决的一个问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,该制备方法首先借助光滑疏水的蓝宝石衬底,将活性物质以浆料的形式涂覆在其表面,接着将其浸泡在去离子水中,采用机械分离的方法制备锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片。通过采用上述制备方法可解决现有技术中电极极片柔性差,能量密度低,制备工艺过程复杂、成本高以及集流体质量大等技术问题。为解决上述技术问题,本专利技术提供了一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,该方法包含以下步骤:步骤1,将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂均匀混合,制备成浆料;步骤2,将浆料均匀的涂覆在光滑疏水的蓝宝石衬底表面以形成连续的薄膜,烘干;步骤3,将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中,采用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落;步骤4,利用铜网将脱落的薄膜从水中捞起,真空烘干即可得到柔性无集流体薄膜极片。更优的,所述步骤1中的活性物质为锂硅电池电极材料、锂硫电池电极材料或锂离子电池电极材料中的一种。更优的,所述锂硅电池电极材料为纳米硅、硅基合金、硅基氧化或硅碳复合材料中的一种;所述锂硫电池电极材料为单质硫、硫化锂、硫化物或硫化物与碳复合材料中的一种。更优的,所述锂离子电池电极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、镍锰酸锂、镍钴锰和镍钴铝三元材料、钛酸锂、天然石墨或人造石墨中的一种。更优的,所述步骤1中的导电剂为导电炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、空心碳球、SuperP、SuperS、多孔碳或碳纤维中的一种或多种。更优的,所述步骤1中的粘结剂为聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇中的一种;所述溶剂为去离子水、N-甲基毗咯烷酮、异丙醇、二甲苯、乙酸乙醋或N,N-二甲基甲酰胺中的一种。更优的,所述步骤1中的活性物质、导电剂以及粘结剂的质量比例为(6~9)∶(0.5~3)∶(0.5~2);所述均匀混合方法为研磨或球磨中的一种且其均匀混合时间为0.5h~5h。更优的,所述步骤2中的浆料涂覆厚度为10μm~300μm;所述蓝宝石衬底的表面粗糙度为0.1nm~5nm;所述蓝宝石衬底的直径大小为25.4mm~152.4mm。更优的,所述步骤3中的浸泡时间为0.5h~3h。更优的,所述步骤4中真空烘干的真空度为1.0×10-4Pa~1.0Pa,温度为40℃~70℃,时间为2h~10h。相比于现有技术,本专利技术的有益效果是:1、本专利技术所制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片无需采用金属集流体,这样可大幅减轻电池的质量,使电池具有更高的能量密度。2、本专利技术所制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片不仅可自支撑,具有很好的机械强度和柔性,适用于柔性电池的构建,而且可以单片或者同时叠加多片作为电极。3、本发制备明锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片的制备工艺简单可控,重复性好,成本低,耗时短,适用于工业化大批量生产。4、本专利技术所制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片,具有更高的电池容量、更好的倍率性能和循环性能以及更好的实用价值。附图说明图1是实施例3制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片的数码照片图。图2是实施例3制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片的应力/应变曲线图。图3是实施例3制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片与对比例制备的极片分别组装成扣式电池的首次充放电曲线对比图。图4是实施例3制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片与对比例制备的极片分别组装成扣式电池的倍率曲线对比图。图5是实施例3制备的锂离子电池用柔性无集流体薄膜极片与对比例制备的极片分别组装成扣式电池的500次循环放电比容量曲线对比图。具体实施方式下面结合附图和优选实施例对本专利技术作进一步地说明。实施例1一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片,其原料按质量比包括:7份磷酸铁锂、2份导电炭黑、1份聚偏氟乙烯。该柔性无集流体薄膜极片的制备方法包括以下步骤:步骤1,按质量比称取7份磷酸铁锂、2份导电炭黑、1份聚偏氟乙烯,将三者倒入球磨罐,然后向球磨罐中加入4mlN-甲基吡咯烷酮,球磨4h后得到混合浆料;步骤2,将混合浆料均匀涂覆在直径为50.8mm的光滑疏水的蓝宝石衬底表面,形成连续的薄膜,30℃烘干;步骤3,将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中,浸泡时间为1h,利用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落;步骤4,利用铜网将脱落的薄膜捞起,在0.1Pa、40℃条件下烘干6h后得到柔性无集流体薄膜极片。本实施例制备的柔性无集流体薄膜极片不仅可自支撑,柔性好,能量密度高,而且倍率性能和循环性能好。实施例2一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于,该制备方法包含以下步骤:步骤1,将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂均匀混合,制备成浆料;步骤2,将浆料均匀的涂覆在光滑疏水的蓝宝石衬底表面以形成连续的薄膜,烘干;步骤3,将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中,采用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落;步骤4,利用铜网将脱落的薄膜从水中捞起,真空烘干即可得到柔性无集流体薄膜极片。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于,该制备方法包含以下步骤:步骤1,将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂均匀混合,制备成浆料;步骤2,将浆料均匀的涂覆在光滑疏水的蓝宝石衬底表面以形成连续的薄膜,烘干;步骤3,将烘干并涂覆有薄膜的蓝宝石衬底浸泡在去离子水中,采用机械的方法使薄膜从蓝宝石衬底表面脱落;步骤4,利用铜网将脱落的薄膜从水中捞起,真空烘干即可得到柔性无集流体薄膜极片。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于:所述步骤1中的活性物质为锂硅电池电极材料、锂硫电池电极材料或锂离子电池电极材料中的一种。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于:所述锂硅电池电极材料为纳米硅、硅基合金、硅基氧化或硅碳复合材料中的一种;所述锂硫电池电极材料为单质硫、硫化锂、硫化物或硫化物与碳复合材料中的一种。4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于:所述锂离子电池电极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、镍锰酸锂、镍钴锰和镍钴铝三元材料、钛酸锂、天然石墨或人造石墨中的一种。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用的柔性无集流体薄膜极片制备方法,其特征在于:所述步骤1中的导电剂为导电炭黑、乙炔黑、石...

【专利技术属性】
技术研发人员:王立齐维靖刘晓烁
申请(专利权)人:南昌大学
类型:发明
国别省市:江西,36

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