一种自支撑电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种自支撑电极的制备方法，包括：将聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，尤其涉及一种自支撑电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]自支撑电极是指不需要集流体的电极。通常情况下电池电极需要将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，而这种汇集电流的载体被叫做集流体。在储能器件中集流体主要指金属箔如铜箔、铝箔和不锈钢等，而随着储能器件逐渐向柔性化发展，集流体的材料也随之发生变化，碳布、碳纸等具有柔韧性的导电介质正在逐步替代金属箔片。然而集流体往往不会参与电池的储能反应，这就意味着使用集流体会大大减少电池的质量容量和体积容量。因此为了满足不断发展的柔性储能器件，需要具有高机械强度和大容量的自支撑电极。
[0003]目前自支撑电极仍集中于碳基材料如碳纳米管或碳纳米纤维的网络结构，该网络结构的优势在于可以提供离子快速传输的纳米孔洞，且具有较高的比表面积。而活性物质则通过不同方式附着在导电碳基材料上，最原始的方式是直接涂敷法。另外也有使用抽滤法、原位聚合法、气相沉积法、旋涂法等方式制备电极膜。专利(CN111628140A)使用导电炭黑、石墨类、碳纳米管、C60中的一种或多种材料通过旋涂法制备于柔性导电基底上，即为柔性负极。专利(CN111755255A)使用盐酸、钛源、锑源化合物和吡咯单体制得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料，将聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡咯烷酮调成浆料，旋涂于第一层TiO2薄膜层上，干燥后进行煅烧处理，得到薄膜电极材料。但是以上制备柔性负极的过程中，都是旋涂于柔性导电基底，而并非完全独立成膜。
[0004]目前自支撑电极的使用多用于超级电容和锂离子电池，对于应用于锌锰离子电池的自支撑电极研究较少。而在制备自支撑电极的过程中如不使用粘结剂会出现活性物质粉末脱落的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种自支撑电极及其制备方法和应用，本专利技术制备的自支撑电极具有较好的性能。
[0006]本专利技术提供了一种自支撑电极的制备方法，包括：
[0007]将PVDF-HFP和有机溶剂混合，得到混合液；
[0008]将所述混合液与碳纳米管和锌浆料混合，得到混合浆料；
[0009]将所述混合浆料在基底表面成膜后剥离，得到自支撑电极。
[0010]优选的，所述有机溶剂为丙酮；所述PVDF-HFP和丙酮的质量比为1：(8～12)。
[0011]优选的，所述锌浆料、碳钠米管和PVDF-HFP的质量比为(75～85)：(10～15)：(6～10)。
[0012]优选的，所述PVDF-HFP和有机溶剂的混合在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间为1～3h；
[0013]所述混合液与碳纳米管和锌浆料的混合在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间为1～3h。
[0014]优选的，所述成膜的方法包括旋涂；
[0015]所述旋涂的方法包括：
[0016]在低转速下旋涂8～10s后再在高转速下旋涂25～35s。
[0017]所述低转速为600～800rpm，所述高转速为1000～2000rpm。
[0018]优选的，将所述混合浆料在基底表面成膜后还包括：
[0019]静置3～5min后剥离再进行干燥。
[0020]优选的，所述静置的温度为室温；所述干燥为真空干燥，所述干燥的时间为5～15小时。
[0021]本专利技术提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的自支撑电极。
[0022]优选的，所述自支撑电极的厚度为0.2～0.4mm。
[0023]本专利技术提供了一种上述技术方案所述的自支撑电极在锌和/或锰离子电池中的应用。
[0024]本专利技术采用具有独立成膜能力的聚偏氟乙烯-六氟丙烯使锌颗粒作为电极活性物质牢固的固定在柔性薄膜上，同时使用碳纳米管改善锌电极的导电能力。本专利技术采用的PVDF-HFP具备独立成膜能力，旋涂后静置一段时间可直接从玻璃基底揭下，得到的即为完整的自支撑电极，并且电极膜厚度质量均匀稳定。
[0025]本专利技术为了减少使用集流体而导致电极质量能量密度下降，使用碳纳米管(CNT)改善锌电极的导电性，同时采用的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)具备独立成膜能力，增加电极机械性能和柔韧性，制备了自支撑电极(即薄膜自身能够用来作为电极，无需其他载体)，本专利技术提供的方法可以有效避免由于使用集电器引起的电池质量能量密度降低。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例提供的制备自支撑电极的工艺流程图。
具体实施方式
[0027]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本专利技术保护的范围。应理解，本专利技术实施例仅用于说明本专利技术的技术效果，而非用于限制本专利技术的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
[0028]本专利技术实施例制备自支撑电极的工艺流程如图1所示，自支撑电极的制备方法，包括：
[0029]将PVDF-HFP和有机溶剂混合，得到混合液；
[0030]将所述混合液与碳纳米管和锌浆料混合，得到混合浆料；
[0031]将所述混合浆料在玻璃基底表面成膜后剥离，得到自支撑电极。
[0032]在本专利技术中，所述PVDF-HFP和有机溶剂的混合优选在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，最优选为2h。
[0033]在本专利技术中，所述PVDF-HFP为聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述PVDF-HFP和有机溶剂的质量比优选为1：(8～12)，更优选为1：(9～11)，最优选为1:10.5。
[0034]在本专利技术中，所述有机溶剂优选为丙酮。
[0035]在本专利技术中，所述混合液与碳纳米管和锌浆料的混合优选在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，最优选为2h。
[0036]在本专利技术中，所述碳钠米管优选为羟基化碳纳米管。
[0037]本专利技术对所述锌浆料的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于锌离子电池的浆料即可，可由市场购买获得，如可采用Zinergy Shenzhen Ltd的ZK1 Zinc paste产品。
[0038]在本专利技术中，所述锌浆料、碳钠米管和PVDF-HFP的质量比优选为(75～85)：(10～15)：(6～10)，更优选为(78～82)：(11～13)：(7～9)，最优选为80:12:8。
[0039]本专利技术通过优化原料比例和沉积环境，成膜方法不限于旋涂法，根据溶液的黏稠度和固化速率，本专利技术优选使用旋涂法，其成膜效果最好。在本专利技术中，所述成膜的方法优选为旋涂；所述旋涂优选在匀胶机上进行，所述旋涂优选包括：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑电极的制备方法，包括：将聚偏氟乙烯-六氟丙烯和有机溶剂混合，得到混合液；将所述混合液与碳纳米管和锌浆料混合，得到混合浆料；将所述混合浆料在基底表面成膜后剥离，得到自支撑电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮；所述PVDF-HFP和有机溶剂的质量比为1：(8～12)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锌浆料、碳钠米管和PVDF-HFP的质量比为(75～85)：(10～15)：(6～10)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PVDF-HFP和有机溶剂的混合在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间为1～3h；所述混合液与碳纳米管和锌浆料的混合在磁力搅拌的条件下进行，所述磁力搅拌的时间为1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂赞相，周航，黄媛，普里帖斯，
申请(专利权)人：深圳新源柔性科技有限公司，
类型：发明
国别省市：