一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，涉及一种有机柔性电极材料的加工方法，其加工方法包括：将有机电极材料与酸溶液配制成复合溶液；将柔性导电基底浸入到所述复合溶液中，待吸附饱和后取出，用水洗去多余的酸溶液，然后于真空烘箱里烘干，即得到无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极。相比于现有技术，本发明专利技术里的有机电极材料可以达到纳米尺度以下的分散，让有机电极材料与导电基底得以充分接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用，使用的溶解有机电极材料的溶液在加工完成后可很容易地除去，便于大规模制备，且原料价格便宜，来源广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法
本专利技术涉及一种有机柔性电极材料的加工方法，尤其涉及一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法。
技术介绍
随着可穿戴设备的兴起，对于可穿戴设备电子器件进行供能的柔性储能器件也随之兴起。锂离子电池由于其能量密度高，自放电小且循环寿命长，是柔性储能器件理想之选。柔性锂离子电池的组成和传统的锂离子并无区别，通常由正极、负极、隔膜和液态(或聚合物)电解液组成，只是其电极均具有柔性，因此对电极的设计和加工提出了更高的要求。柔性负极材料往往可以选用碳布，石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜等，这些材料不仅机械强度高，柔性好，而且可逆容量高，非常适合做柔性锂离子电池的负极。然而对于锂离子电池柔性正极的制备却很具有挑战。目前商用的钴酸锂(LiCoO2)，磷酸铁锂(LiFePO4)，锰酸锂(LiMn2O4)等无机正极材料往往是粉体形态，且它们在常用溶剂中的分散性很差，不利于柔性电极的加工。有机电极材料由于其丰富的原料来源，环境友好性和分子尺度的电化学性能可调性而受到广泛的关注。本来有机材料良好的溶液加工性能非常利于大面积膜状柔性电极的制备，但却不利于作为锂离子电池的电极材料，因为电极材料溶于电解液(极性有机溶剂)会导致容量急剧衰减，影响循环寿命。目前常用的有机电极材料往往是一些难溶于极性溶剂的聚合物或芳香分子如苝酰亚胺(PDI)等，加工电极时也按照无机粉体的加工方法，难以制备性能良好的柔性有机电极。同时，制备柔性电极的时候往往需要借助聚合物粘结剂来提供柔性，不导电且无法提供电活性的聚合物的加入会严重影响电极的电化学性能。现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，需要使用碳纳米管薄膜或石墨烯薄膜来作为导电基底，材料价格昂贵，且往往用到抽滤成膜技术，耗时长，薄膜的大小依赖抽滤装置的大小，难以大规模利用。ZhixiangWei等让均苯四甲酸酐和乙二胺在碳纳米管薄膜上原位聚合制备了无粘结剂的柔性锂离子正极(FlexibleandBinder-FreeOrganicCathodeforHigh-PerformanceLithium-IonBatteries[J].AdvancedMaterials,2014,26(20):3338-3343)；ZhixiangWei等还将碳纳米管和有机电极材料借助表面活性剂在水中分散，然后抽滤成膜得到无粘结剂的柔性锂离子正极(ACarbonylCompound-BasedFlexibleCathodewithSuperiorRatePerformanceandCyclicStabilityforFlexibleLithium-IonBatteries[J].AdvancedMaterials,2018,30(4):1703868)。现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，所用溶剂只能将有机电极材料进行较宏观尺度地分散，有机电极材料与导电基底的接触并不充分，难以充分利用有机电极材料的活性位点。现有技术在制备无粘结剂的有机柔性电极的过程中，往往要用到表面活性剂来分散有机电极材料，或对其进行复杂的化学改性，工艺繁杂。因此，本领域的技术人员致力于开发一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，该方法里有机电极材料可以达到纳米尺度以下的分散，让有机电极材料与导电基底充分得以接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用；使用的溶解有机电极材料的溶液在加工完成后可很容易地除去；便于大规模制备，原料价格便宜，来源广泛。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，尽可能的使有机电极材料与导电基底充分接触，并耗时短，且价格便宜，能大规模生产。为实现上述目的，本专利技术提供了一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，包括以下步骤：步骤一：将有机电极材料与酸溶液配制成复合溶液；步骤二：将柔性导电基底浸入到所述复合溶液中，待吸附饱和后取出；步骤三：将取出的吸附了有机电极材料的柔性导电基底浸入水中，用水洗去多余的酸溶液，然后取出于真空烘箱里烘干，得到含有有机电极材料的柔性导电基底，所述含有有机电极材料的柔性导电基底即为无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极。进一步地，所述步骤一中的酸溶液为18mol/L的浓硫酸，12mol/L的盐酸，85％的磷酸，三氟乙酸等中的任一种。进一步地，所述步骤一中的有机电极材料为苝二酰亚胺，苝酰亚胺类聚合物等中的任一种。进一步地，步骤一中的有机电极材料与酸溶液制成的复合溶液的浓度为20～40mg/mL。进一步地，所述步骤二中的柔性导电基底为导电碳纸，导电碳布，导电活性碳布，不锈钢网和钛网等中的任一种。进一步地，所述步骤二中柔性导电基底浸入到所述有机电极材料的酸溶液中的浸泡时间为3～10min。进一步地，所述步骤三中吸附了有机电极材料的柔性导电基底浸入水中的浸泡时间为2～15min。进一步地，所述步骤三中的真空烘箱的烘干温度为60～120℃。本专利技术加工的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极可以应用在无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池中。本专利技术公开的加工方法可以使有机电极材料达到纳米尺度以下的分散，让有机电极材料与导电基底得以充分接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用；使用的溶解有机电极材料的溶液在加工完成后可很容易地除去；便于大规模制备，原料价格便宜，来源广泛。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术使用的原料价格便宜，来源广泛，可用于大规模制备无粘结剂的有机柔性电极；2、本专利技术使用合适的溶剂可以使机电极材料达到纳米尺度以下的分散，实现有机电极材料与导电基底的充分接触，实现有机电极材料活性位点的充分利用；3、本专利技术中有机电极材料的溶液在加工完成后很容易去除。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构、技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是实施例和对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的阻抗拟合图；图2是导电碳布(CC)的扫描电镜图；图3是实施例一的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的扫描电镜图；图4是实施例一的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的另一扫描电镜图；图5是实施例二的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的扫描电镜图；图6是实施例三的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的扫描电镜图；图7是对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的扫描电镜图；图8是实施例和对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的电流-电压曲线图；图9是实施例和对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的电压-电容曲线图；图10是实施例和对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的电容-循环次数曲线图；图11是实施例和对比例的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的电容-循环次数-库伦效率曲线图；图12是实施例一的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极在不同弯折状态下的电容-循环次数-库伦效率曲线图；图13是实施例一的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极在不同弯折状态下的电压-电容曲线图；图14是实施例一的无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极在弯折90°时的电容-循环次数-库伦效率曲线图。具体实施方式以下参考说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将有机电极材料与酸溶液配制成复合溶液；步骤二：将柔性导电基底浸入到所述复合溶液中，待吸附饱和后取出；步骤三：将取出的吸附了有机电极材料的柔性导电基底浸入水中，用水洗去多余的酸溶液，然后取出于真空烘箱里烘干，得到含有有机电极材料的柔性导电基底，所述含有有机电极材料的柔性导电基底即为无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极。

【技术特征摘要】
1.一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将有机电极材料与酸溶液配制成复合溶液；步骤二：将柔性导电基底浸入到所述复合溶液中，待吸附饱和后取出；步骤三：将取出的吸附了有机电极材料的柔性导电基底浸入水中，用水洗去多余的酸溶液，然后取出于真空烘箱里烘干，得到含有有机电极材料的柔性导电基底，所述含有有机电极材料的柔性导电基底即为无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极。2.如权利要求1所述的一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，其特征在于，所述步骤一中的酸溶液为18mol/L的浓硫酸，12mol/L的盐酸，85％的磷酸，三氟乙酸中的任一种。3.如权利要求1所述的一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，其特征在于，所述步骤一中的有机电极材料为苝二酰亚胺，苝酰亚胺类聚合物中的任一种。4.如权利要求1所述的一种无粘结剂的有机柔性锂/钠离子电池正极的加工方法，其特征在于，所述步骤一中的有机电极材料与酸溶液制成的复合溶液的浓度为20～40mg/mL。5.如权利要求1所述的一种无粘结剂的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东清，鲁登，马列，杨鹏，黄涛，井凡，张广凤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31