【技术实现步骤摘要】
一种碱金属离子电池电极的制备方法
本专利技术属于锂离子电池和钠离子电池
,特别涉及一种碱金属离子电池电极的制备方法。
技术介绍
锂离子/钠离子电池等可充放碱金属离子电池已广泛应用于各个领域,在日常生活中的作用日益重要。随着用户端技术的发展,对电池比容量、比功率、成本、以及寿命提出了更高的要求。因此,发展高比容量(功率)、低成本、且绿色无污染的碱金属离子电池技术具有十分重要的意义。目前的电池电极制备技术中,通常采用约30%的非活性材料作为粘结剂和导电剂,极大的限制了电池性能的提升。中国专利技术专利CN106251976A公开了一种一体化电极制备方法,该方法将活性材料和粘性有机物刮涂于集流体上,通过热处理形成一体化电极。该电极不使用粘结剂,大幅地提高活性材料的占比。但由于粘性有机物与活性材料为简单混合,活性材料在制备过程中易团聚以及在使用过程位点反应不均,从而导致活性物质利用率低和电极反应局部极化,最终影响电池性能和寿命。文献[Adv.Funct.Mater.2015,25,1082–1089]报道了“一种在铜箔上生长多层CoO纳米线的制备方法”,该方法以水热法在铜箔集流体上直接生长多层次CoO纳米线,并直接用作电极。得益于其独特的形貌结构,电极在反应过程中有更多的电极/电解液界面、快速的Li+传输通道和缓冲空间。但因在铜箔上进行水热法制备电极的过程较为复杂,且电极活性材料载量较低,不利于大规模生产应用。文献[EnergyStorageMaterials17(2019)1–11]报道了“一种静电纺丝仪制备自 ...
【技术保护点】
1.一种碱金属离子电池电极的制备方法,其具体方法步骤包括/n其特征在于:/n(1)电极浆料制备/n按聚合物碳源︰电极活性材料质量比为1.4~2,称取聚合物碳源和电极活性材料;先将聚合物碳源溶解到溶剂中,在30~50摄氏度恒温油浴中搅拌3~6小时,形成浓度为0.1~0.25毫克/毫升的聚合物碳源溶液,然后将电极活性材料分散到上述聚合物碳源溶液中,继续在30~50摄氏度恒温油浴中搅拌3~9小时,制得活性材料浆液;按照正硅酸乙酯或钛酸四丁酯︰活性材料浆液体积比0.05~0.2︰1,量取正硅酸乙酯或钛酸四丁酯加入活性材料浆液,在30~50摄氏度恒温油浴搅拌3~6小时,制备获得电极浆料;/n所述聚合物碳源是分子量为130万~150万的聚乙烯吡咯烷酮、分子量为20万~25万的聚乙烯醇、分子量为8万~12万的聚丙烯腈、分子量为3万~5万的聚苯醚、分子量为6.3万~10万的聚苯砜中的一种或一种以上任意比例的混合物;/n所述有机混合溶剂为N-N二甲基甲酰胺、乙醇、水、丙酮或氮-甲基吡咯烷酮中的一种或一种以上任意比例的混合溶剂;/n所述电极活性材料为锡、锑金属单质、过渡金属锡、锑、铁、钴或镍等的氧化物,过 ...
【技术特征摘要】
1.一种碱金属离子电池电极的制备方法,其具体方法步骤包括
其特征在于:
(1)电极浆料制备
按聚合物碳源︰电极活性材料质量比为1.4~2,称取聚合物碳源和电极活性材料;先将聚合物碳源溶解到溶剂中,在30~50摄氏度恒温油浴中搅拌3~6小时,形成浓度为0.1~0.25毫克/毫升的聚合物碳源溶液,然后将电极活性材料分散到上述聚合物碳源溶液中,继续在30~50摄氏度恒温油浴中搅拌3~9小时,制得活性材料浆液;按照正硅酸乙酯或钛酸四丁酯︰活性材料浆液体积比0.05~0.2︰1,量取正硅酸乙酯或钛酸四丁酯加入活性材料浆液,在30~50摄氏度恒温油浴搅拌3~6小时,制备获得电极浆料;
所述聚合物碳源是分子量为130万~150万的聚乙烯吡咯烷酮、分子量为20万~25万的聚乙烯醇、分子量为8万~12万的聚丙烯腈、分子量为3万~5万的聚苯醚、分子量为6.3万~10万的聚苯砜中的一种或一种以上任意比例的混合物;
所述有机混合溶剂为N-N二甲基甲酰胺、乙醇、水、丙酮或氮-甲基吡咯烷酮中的一种或一种以上任意比例的混合溶剂;
所述电极活性材料为锡、锑金属单质、过渡金属锡、锑、铁、钴或镍等的氧化物,过渡金属碳酸盐或氯化物等作为电极活性材料,颗粒粒径尺寸为50纳米~1微米;
(2)碱金属离子电池电极前驱体的制备
先将金属集流体平铺于收集板上,用无水乙醇溶液清洗擦拭,去除表面油渍和杂质,再将步骤(1)所得的电极浆料在10~15kV电压、25~40摄氏度、相对湿度10%~25%条件下,静电喷涂在金属集流体上,获得电极前驱体;喷液速率为0.1~0.5毫升/小时;喷嘴与收集板距离为12~18厘米;喷嘴横向移动速度为5~10毫米/分钟,反复移动距离40~80厘米;每间隔15-20小时收集板纵向移动10~40厘米;
所述金属集流体为铜箔、铝箔、钛箔或泡沫;
(3)碱金属离子电池电极的制备
将步骤(2)所得电极前驱体置于两块刚玉或石英板中间,施加5~30公斤力/平方米压力于电极前驱体上,在混合气氛下加热至500~700摄氏度保温时间为3~6小时,升温速率为2~5摄氏度/分钟,获得碱金属离子电池电极;
所述混合气氛为氮气或氩气与氢气的混合气体,其中氮气或氩气的体积占比为80~99%,氢气为1~20%。
2.按照权利要求1所述的一种碱金属离子电池电极的制备方法,其特征在于制备方法的步骤(1)~(3):
(1)电极浆料制备
常温下,按聚乙烯吡咯烷酮(分子量130万)︰平均粒径为400纳米的SnO2质量比为1.4,称取聚乙烯吡咯烷酮和SnO2;先将聚乙烯吡咯烷酮溶解到N-N二甲基甲酰胺溶剂中,在40摄氏度恒温油浴中搅拌3小时,形成浓度为0.14毫克/毫升的聚乙烯吡咯烷酮溶液,然后将SnO2分散到上述聚乙烯吡咯烷酮溶液中,继续在40摄氏度恒温油浴中搅拌6小时,制得活性材料浆液;按照正硅酸乙酯︰活性材料浆液体积比0.16︰1,量取正硅酸乙酯加入活性材料浆液,在40摄氏度恒温油浴搅拌3小时,制备获得到电极浆料;
(2)碱金属离子电池电极前驱体的制备
先将金属集流体平铺于收集板上,用无水乙醇溶液清洗擦拭,去除表面油渍和杂质,再将步骤(1)所得的电极浆料在15kV电压、40摄氏度、相对湿度10%的条件下,静电喷涂在金属集流体上,获得到电极前驱体;喷液速率为0.3毫升/小时;喷嘴与收集板距离为15厘米;喷嘴横向移动速度为5毫米/分钟,反复移动距离40厘米;每间隔20小时收集板纵向...
【专利技术属性】
技术研发人员:丁炜,鲁冰,魏子栋,李静,
申请(专利权)人:重庆大学,
类型:发明
国别省市:重庆;50
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