固体电池的阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固体电池的阳极材料及其制备方法，属于新能源技术领域。该固体电池的阳极材料包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管，其中，硼化钒为启电剂，石墨烯或碳纳米管为导电剂，阳极可制成由薄膜缠卷成的卷状体。本发明专利技术的固体电池性能最佳，内阻为0.075欧姆，是通常锂离子电池的内阻低的十分之一，电池的克比容量为3983mAH/g，约是通常锂离子电池的30倍。膜卷式固体电池安全性高，不存在潜在爆炸和发火的危险，适于动静两用。

Anode material of solid battery and preparation method thereof

The invention relates to an anode material of a solid cell and a preparation method thereof, belonging to the field of new energy technology. The anode material of the solid cell includes vanadium boride and graphene or carbon nanotube, wherein, vanadium is used as an electric promoter, graphene or carbon nanotube as conductive agent, and anode can be made into a winding body wrapped by a thin film. The invention of the solid battery best performance, internal resistance is 0.075 ohms, the resistance is usually low 1/10 lithium ion battery, battery C capacity is 3983mAH/g, is about 30 times the usual lithium ion battery. The film wound solid cell has high safety, no potential explosion and fire hazard, and is suitable for both static and dynamic purposes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体电池的阳极材料及其制备方法，具体为一种膜卷式固体电池的阳极材料及其制备方法，属于新能源

技术介绍
开发用电池等二次能源为动力能源的汽车、飞机、船只等新交通运输网是实现环保和持续社会发展的重要环节。镍氢电池是目前完成度最高的动力能源电池，作为电动车的动力能源，已经被汽车制造厂家广泛采用。但是镍氢电池的重量能量密度(Wh/kg)通常在75Whr/kg，相对较小，为了保证汽车的行驶距离，必须多载电池。电池重量越大，車辆在加速等情況下消耗的能量也越高。所谓高重量能量密度锂离子电池尽管能提供130Wh/kg並能数千次充放电使用，但安全性没有镍氢电池高，而且又有制造成本高，充电时间长的缺点。钒电池是美国NASA1974年首次提倡的一重安全性极高的电化学电池。含钒(IV)化合物或钒(IV)离子通常用来做阳极；含钒(III)化合物或钒(III)离子通常用来做阴极。用钒(IV)作为启电剂的离子钒电池的重量能量密度是锂离子电池的1/5，不适用汽车等使用；通常大型化后，作为大容量储电器用。另外，钒离子电池通常需要循环泵，促使钒离子持续更新。这也是钒离子电池不适合动态使用的原因之一。美国一所大学最近报道了一种用硼化钒为启电剂的粉体式钒电池。据报道，这种粉体式钒电池的重量能量密度是锂离子电池的30倍而且安全性远远高于锂离子电池。但是，为了保证电池的持续供电能力，作为启电剂的硼化钒粉体也必须通过循环泵，促使硼化钒粉体持续供给到阳极。连续供给粉体的技术难度大设备复杂，而且流量极不安定，从而导致电池的驱动力不安定。因此，提供一种电流稳定、输出稳定的崭新的固体电池的阳极材料及其制备方法就成为该
急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是利用纳米技术与薄膜制造技术，特别是利用纳米材料的分散和薄膜的表面加工技术，开发和制造一种电流稳定、输出稳定的崭新的固体电池用的阳极材料。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案达到的：一种固体电池的阳极材料，包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管，其中，以硼化钒为启电剂，石墨烯或碳纳米管为导电剂。所述硼化钒与石墨烯或碳纳米管的重量比为1000:20～1000:100。所述硼化钒的粒径为20nm~300nm。所述石墨烯为1~8层，长与宽均为1~12微米。所述碳纳米管的直径为1~50纳米，长1~50微米。所述固体电池的阳极材料为薄膜，由薄膜缠卷成卷状体作为固体电池的阳极。所述薄膜的厚度为30~300微米。本专利技术的另一目的是提供一种上述固体电池的阳极材料的制备方法。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案达到的：一种固体电池的阳极材料的制备方法，该阳极材料包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管薄膜，用于固体电池，包括如下步骤：1）硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料的配制：按比例将硼化钒粉末(粉粒)、石墨烯或碳纳米管与醋酸纤维素（celluloseAcetate）添加到N－甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone，nMP）中，用沙式分散机或超声式分散机混合分散，得到均匀分散的纳米硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料；2）使用湿式制膜机，将硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料均匀展开，经过减压干燥处理，制成薄膜；3）在氦气或氮气条件下，进行等离子体（Plasma）高温活化表面处理，使硼化钒和石墨烯或碳纳米管露出在薄膜的表面；4）使用缠卷机，将表面活化处理后的薄膜缠卷成卷状体。其中，硼化钒与石墨烯或碳纳米管的重量比为1000:20～1000:100，所述硼化钒与醋酸纤维素的重量比为1000:20~1000:100，所述硼化钒与N－甲基吡咯烷酮的重量比为50:100~70:100；原料硼化钒粉末的直径为2~5微米，经分散后在混合浆料中，硼化钒的粒径为20~300nm。所述硼化钒、石墨烯与醋酸纤维素混合分散的时间为30~50分钟。如果混合浆料放置或保存时间长于7天，在步骤1）中浆料配制时，需添加少量的安定剂或分散剂，如PVP。所述薄膜的厚度为30~300微米，幅宽10~50厘米。所述步骤3）等离子体（Plasma）高温活化表面处理的深度在200~500纳米，等离子体高温活化表面处理的温度为400~600℃，时间为5~15秒。本专利技术中采用了下面的技术：1、石墨烯制造技术石墨烯是固体电池的理想导电剂。膨胀处理的石墨为原料，制造石墨烯。首先把分子，离子或原子在低温高压下强制插入石墨体内，然后减压升温，使插入进石墨体内的分子，离子或原子的体积迅速膨胀，把石墨分解成单层或数层的石墨烯。图1-a和图1-b分别为利用氢分子（左图）或氦原子（右图）为插入体制作的石墨烯的显微镜照片。图1-c和图1-d分别为利用氢分子（左图）或氦原子（右图）为插入体制作的石墨烯的原子间力显微镜观察分析结果；厚度约在0.8纳米，宽度约在1~3微米，长度约在1.5~3微米，属于单层石墨烯。1000克膨胀处理石墨，以涂层，添加，吸附或薄膜化等方法和工艺，把固体电池的启电剂，例如金属或金属化合物的粉体或液体加工成具有一定规格强度和导电性的带状体。2、纳米级启电剂制造技术硼化钒粉制品的直径通常在2~5微米，适用于陶瓷等制品制作时的原料，但不适合于固体电池的启电剂。本专利技术将直径为微米级的硼化钒粉利用纳米分散技术加工成纳米级的粉末，从而提高了固体钒电池的能量。利用分散剂的化学乳化作用及超声波和沙磨机的物理分散力，可以成功地制作直径在纳米的纳米级粉末。图2为利用纳米分散技术制备的纳米级硼化钒粉末的扫描电子显微镜图片，直径在20~300纳米。3、薄膜的表面处理技术含启电剂和导电剂的薄膜利用等离子体进行表面处理，薄膜的表层被炭化，启电剂和导电剂露出在表面，从而保证与固体电池的阴极间的全面接触。图3-a和图3-b分别为等离子体处理前（左图）和处理后（右图）含启电剂和导电剂的薄膜的扫描电子显微镜图片。为了重点观察等离子体对薄膜表面处理效果，选用了直径在微米级的硼化钒为启电剂和碳纳米管为导电剂。图4-a和图4-b分别为等离子体处理前（左图）和处理后（右图）含纳米级硼化钒启电剂和石墨烯导电剂的薄膜的扫描电子显微镜图片。本专利技术的优点：1、以涂层，添加，吸附或薄膜化等方法和工艺，把固体电池的启电剂，例如金属或金属化合物的粉体或液体加工成具有一定规格强度和导电性的带状体。2、含有启电剂的带状体作为阳极，在对式阴极中间连续通过，正反两面均与阴极接触；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体电池的阳极材料，其特征在于：包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管，其中，硼化钒为启电剂，石墨烯或碳纳米管为导电剂。

【技术特征摘要】
1.一种固体电池的阳极材料，其特征在于：包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管，
其中，硼化钒为启电剂，石墨烯或碳纳米管为导电剂。
2.根据权利要求1所述的固体电池的阳极材料，其特征在于：所述的硼化钒
与石墨烯或碳纳米管的重量比为1000:20~1000:100。
3.根据权利要求2所述的固体电池的阳极材料，其特征在于：所述石墨烯为
1~8层，长与宽均为1~12微米；所述碳纳米管的直径为1~50纳米，长1~50微米。
4.根据权利要求3所述的固体电池的阳极材料，其特征在于：所述硼化钒的
粒径为20nm~300nm。
5.根据权利要求4所述的固体电池的阳极材料，其特征在于：所述的阳极材
料为薄膜。
6.根据权利要求5所述的固体电池的阳极材料，其特征在于：所述薄膜的厚度
为30~300微米。
7.权利要求1-6中任一项所述的固体电池的阳极材料的制备方法，包括如下步
骤：
1）硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料的配制：将硼化钒粉末、石墨烯或碳纳
米管与醋酸纤维素添加到N－甲基吡咯烷酮中，用沙式分散机或超声式分散机混合
分散，得到均匀分...

【专利技术属性】
技术研发人员：古月文志，蒋大龙，
申请(专利权)人：国能科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11