一种利用射流注射法制备微电极的方法技术

本发明专利技术提供一种利用射流注射法制备微电极的方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种利用射流注射法制备微电极的方法


[0001]本专利技术涉及微电极制备
，具体涉及一种利用射流注射法制备微电极的方法。

技术介绍

[0002]微电极通常指工作面积很小的电极。根据制作材料的不同，可分为玻璃管微电极和金属微电极。玻璃管微电极是把玻璃毛细管制成颈缩形后，在管腔内填充电解液而成的。传统的玻璃管微电极在制备时需要对玻璃管进行打磨，工艺复杂，成本较高，且由于只能在玻璃管尖端放置电极材料颗粒，因此只能制备单颗粒的微单极，难以做到颗粒数目的可控，并且传统的玻璃管微电极在进行电池组装时较为困难，难以将其应用于锂离子电池的性能研究领域。金属微电极可用易熔金属锡、铅或难溶金属银、钼、镍铬合金、不锈钢等制成。早期的金属微电极由于易受极化电位的影响，电极电位不稳定等而较少被采用。近年来由于技术的进步，金属微电极的电学特性得到改善，但由于这种金属微电极的制备过程较为复杂，国内外的应用还不普遍。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术的不足，本专利技术提供一种利用射流注射法制备微电极的方法。
[0004]本专利技术方案包括以下方面：
[0005]一种利用射流注射法制备微电极的方法，包括以下步骤：
[0006]①
配制电极材料前驱体溶液；
[0007]②
取金属丝，使金属丝处于拉直状态；
[0008]③
用注射器吸取前驱体溶液，将注射器针头对准金属丝，推动注射器，使前驱体溶液以射流状射出并均匀依附在金属丝上；
[0009]④
将步骤
③
处理后的金属丝干燥；
[0010]⑤
将步骤
④
处理后的金属丝进行预烧结；
[0011]⑥
将预烧结后的金属丝在13～17wt％的PVA溶液中浸泡；
[0012]⑦
将步骤
⑥
处理后的金属丝干燥后进行烧结。
[0013]优选的，步骤
④
，干燥温度是30～40℃，干燥12h以上；步骤
⑦
，干燥温度30～40℃，干燥6h以上；进行干燥处理可防止液滴的脱落，而采用以上干燥温度及干燥时间，能够使得水分缓慢且完全被挥发，进而防止因电极颗粒的破裂影响微电极的电化学性能。
[0014]优选的，步骤
⑥
，浸泡时间是20～30s。本专利技术在预烧结后以13～17wt％的PVA溶液作为胶粘剂浸泡处理20～30s，有利于提高微电极的电化学性能。
[0015]优选的，预烧结在Ar+H2气氛中进行，预烧结时的升温速率为5℃/min，升温至400℃后保温5h。采用该预烧结处理可有效去除前驱体中的结合水。
[0016]本专利技术所述的方法可适用于制备各类微电极，包括但不限于LiFePO4微电极和Li4Ti5O
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微电极。本专利技术所述金属丝包括但不限于铂丝、金丝。
[0017]优选的，LiFePO4微电极的前驱体溶液包括锂源、铁源、磷酸根源和碳源；Li4Ti5O
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微电极的前驱体溶液包括锂源、钛源和碳源。
[0018]优选的，LiFePO4微电极的前驱体溶液配方为：每15mL前驱体溶液中含有1.1131g Fe(NO3)3·
9H2O、0.2812g LiH2PO4、0.0034g LiOH
·
H2O、0.0355g蔗糖、0.0435g一水柠檬酸；
[0019]Li4Ti5O
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微电极的前驱体溶液配方为：每15mL前驱体溶液中含有0.0364g Ti(OC4H9)4、0.0364g LiOH
·
H2O、1.1mL H2O2。
[0020]优选的，注射器针头的内径为0.06～0.08mm，注射速度为0.1mL/s，针头与金属丝的垂直距离为2～5cm。
[0021]优选的，所述铂丝的直径是30～50μm。
[0022]优选的，LiFePO4微电极的烧结升温程序是：
[0023]时间/min01503605907709701450温度/℃30180220450450650650
[0024]优选的，Li4Ti5O
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微电极的烧结升温程序是：
[0025]时间/min015036059077011201600温度/℃30180220450450800800
[0026]180℃～220℃保温210min，可使PVA充分熔融；450℃保温180min，使PVA炭化；650℃或800℃处理480min有利于材料快速成型。
[0027]本专利技术所取得的有益效果：
[0028]本专利技术提出的微电极制备方法，其工艺简单，成本低，能有效降低传统电极的缺点，相比于其他微电极的制备方法，该方法能够制备出单颗粒的微电极，且颗粒数目可根据研究需要进行加减。
[0029]本专利技术方法可适用于制备各类微电极，适用范围广。
[0030]本专利技术所得微电极的电化学性能良好，电池极化小，库伦效率高。
附图说明
[0031]图1：使用注射器向铂丝注射前驱体溶液的示意图；
[0032]图2：LiFePO4微电极扫描电镜图；
[0033]图3：Li4Ti5O
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微电极扫描电镜图；
[0034]图4：LiFePO4微电极充放电循环曲线(5圈)；
[0035]图5：LiFePO4微电极充放电库伦效率；图中1～5代表第1～5圈；
[0036]图6：Li4Ti5O
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微电极充放电循环曲线(6圈)；
[0037]图7：Li4Ti5O
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微电极充放电库伦效率；图中1～6代表第1～6圈；
[0038]图8：对比例1微电极充放电曲线图；
[0039]图9：对比例2微电极充放电曲线图；
[0040]图10：对比例3微电极充放电曲线图；
[0041]图11：对比例4微电极充放电曲线图；
[0042]图12：对比例5微电极充放电曲线图；
[0043]图13：电池结构。
具体实施方式
[0044]为了更好理解本专利技术
技术实现思路
，下面提供具体实施例，对本专利技术做进一步的说明。
[0045]本专利技术实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0046]本专利技术实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0047]实施例1 LiFePO4微电极的制备
[0048]一种利用射流注射法制备微电极的方法，包括以下步骤：
[0049]①
配制电极材料前驱体溶液；
[0050]前驱体溶液配方为：每15mL前驱体溶液中含有1.1131g Fe(NO3)3·
9H2O、0.2812g LiH2PO4、0.0034g LiOH
·
H2O、0.0355g蔗糖、0.0435g一水柠檬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用射流注射法制备微电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
配制电极材料前驱体溶液；
②
取金属丝，使金属丝处于拉直状态；
③
用注射器吸取前驱体溶液，将注射器针头对准金属丝，推动注射器，使前驱体溶液以射流状射出并均匀依附在金属丝上；
④
将步骤
③
处理后的金属丝干燥；
⑤
将步骤
④
处理后的金属丝进行预烧结；
⑥
将预烧结后的金属丝在13～17wt％的PVA溶液中浸泡；
⑦
将步骤
⑥
处理后的金属丝干燥后进行烧结。2.根据权利要求1所述利用射流注射法制备微电极的方法，其特征在于，所述微电极包括LiFePO4微电极和Li4Ti5O
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微电极。3.根据权利要求2所述利用射流注射法制备微电极的方法，其特征在于，LiFePO4微电极的前驱体溶液包括锂源、铁源、磷酸根源和碳源；Li4Ti5O
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微电极的前驱体溶液包括锂源、钛源和碳源。4.根据权利要求1所述利用射流注射法制备微电极的方法，其特征在于，步骤
④
，干燥温度是30～40℃，干燥12h以上；步骤
⑦
，干燥温度30～40℃，干燥6h以上；步骤
⑥
，浸泡时间是20～30s。5.根据权利要求3所述利用射流注射法制备微电极的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德，任园园，陈永，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：