快充型柔性锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种快充型柔性锂离子电池及其制备方法，包括正负电极、电解液、隔膜和外壳；正负电极的其中一个电极的材料为rGO/Nb

【技术实现步骤摘要】
快充型柔性锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及快充型锂离子电池
，尤其涉及一种快充型柔性锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着智能电子、物联网和电动汽车的广泛应用，锂离子电池(LIBs)已经深刻地影响了人类社会的方方面面。快速充放电能力和安全问题已经成为LIBs进一步商业化的关键挑战。为了实现电池的快速充放电特性，电池的正负极材料需要有足够高的离子传导性以及电子传导性，而电解质则需要大的离子流动性、离子传导性等。通常情况下，电解质的离子导电性是限制锂离子电池充放电速率的重要因素，更确切地说，是限制锂离子在能量优化电池中应用的厚电极孔隙内的传输。因此，提高锂离子电池性能的关键是提高离子导电性。这可以通过调节Li
+
迁移率，即Li
+
载体的数量来实现，高浓度的电解质可以达到这一目的。然而，高浓度电解质存在着高粘度和典型的离子流动性降低的问题，限制了活性材料在高负荷和高速率下的利用。此外，高浓度电解质的粘度还需要更长的润湿时间，这增加电池制造的时间和成本。因此，电解质浓度对电池速率性能的影响极大。
[0003]关于电池的快速充放电需要正负极材料有足够高的离子传导性以及电子传导性，则通常使用碳质层和碳涂层来提高电子传导性，这是应用高电流密度的另一个先决条件。在实践中，尽管石墨具有出色的锂迁移率，但不能在高倍率下使用，因为在石墨的工作电位(仅比Li
+
/Li高0.2V)附近的高充电率下会形成锂枝晶，会导致短路的安全问题。枝晶问题本质上限制了低电压电极材料在高速率下的应用，因为电极的不均匀性和过电位的增加，都会导致不均匀的锂沉积。此外，Li4Ti5O
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工作电位在1.55V(vs.Li
+
/Li)，具有优良的高速率性能，但其理论比容量相当低，只有175mAh g
‑1，这将极大地限制电池的能量密度，进而影响电池的充放电性能。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种改进的快充型柔性锂离子电池及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种快充型柔性锂离子电池及其制备方法，通过制备具有高离子传导性和电子传导性的rGO/Nb
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活性材料，并将其作为电极材料，进一步采用合适浓度的电解液制得高性能快充型柔性锂离子电池；本专利技术制备的快充型柔性锂离子电池具有良好的快速充电性能，且其循环寿命高，实用性强；本专利技术对于探索具有高速率性能、令人满意的容量和安全特性的电池系统具有技术启示，对开发快充型柔性锂离子电池具有重要社会经济学意义。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种快充型柔性锂离子电池及其制备方法，其中，快充型柔性锂离子电池包括正负电极、电解液、隔膜和外壳；所述正负电极的其中一个电极的材料为rGO/Nb
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活性材料；所述rGO/Nb
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活性材料为表层包覆有rGO涂层
的Nb
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材料；所述电解液的浓度为0.5～1.5M，其电解质为阴阳离子可解离的锂盐或钠盐。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述正负电极为rGO/Nb
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活性材料作为负极、锂铁合金金属作为正极，或者rGO/Nb
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活性材料作为正极、金属锂作为负极。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述正负电极还包括导电剂和粘合剂，电极材料、导电剂和粘合剂的质量百分比为(80％～85％):(10％～15％):5％。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述电解质包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂或三氟甲基磺酸锂中的一种；所述电解液的溶剂为碳酸酯类有机溶剂，包括碳酸二甲酯、碳酸甲酯和碳酸乙酯。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述rGO/Nb
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活性材料的制备包括以下步骤：
[0011]S1、Nb
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材料的合成
[0012]将NbC在900～1000℃的空气中退火8～10h，冷却后进行筛分，得到H
‑
Nb2O5粉末作为前驱体；将所述前驱体和三氧化钨以质量比为8:5的比例球磨混合，在空气气氛中以5～6℃min
‑1的速度加热至700～750℃，保温11～12h，继续升温至1150～1200℃下保持11～12h，得到Nb
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材料；
[0013]S2、rGO/Nb
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活性材料的合成
[0014]将经H2等离子体处理的所述Nb
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材料加入到浓度为2～2.5g/L的GO溶液中，搅拌10～12h并离心，在70～80℃下干燥10～12h，得到的GO/Nb
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粉末在300～350℃的空气中退火15～20min，获得rGO/Nb
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活性材料；其中，所述Nb
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材料与GO的质量比为1:(0.2～0.25)。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述GO溶液为GO与去离子水按比例混合后，在冰浴条件下超声处理5～6h所得。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述筛分的方式为采用325～400目的筛网，去除大颗粒物质，即得所述前驱体。
[0017]一种上述任一项所述的快充型柔性锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]S1、将正极或负极的电极材料、导电剂和粘合剂按照质量百分比为(80％～85％):(10％～15％):5％的比例混合，加入到N
‑
甲基吡咯烷酮中，再加入占所述正极或负极的电极材料、导电剂和粘合剂总重量的4％～5％的碳纳米管，搅拌6～7h，得到正极浆料或负极浆料；
[0019]S2、将阴阳离子可解离的锂盐或钠盐作为电解质溶于体积比为1:1:1的碳酸二甲酯、碳酸甲酯和碳酸乙酯中，制得浓度为0.5～1.5M的电解液；
[0020]S3、将步骤S1得到的正极浆料和负极浆料分别涂在铜箔基体上，并用隔膜隔开，在100～120℃的真空中干燥10～12h，然后使用外壳进行封装；向封装后的电池中注入所述电解液，即得所述快充型柔性锂离子电池。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述快充型柔性锂离子电池正极或负极的电极材料的装载量为2～3mg cm
‑2。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述正极或负极的电极材料包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快充型柔性锂离子电池，其特征在于，所述快充型柔性锂离子电池包括正负电极、电解液、隔膜和外壳；所述正负电极的其中一个电极的材料为rGO/Nb
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活性材料；所述rGO/Nb
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活性材料为表层包覆有rGO涂层的Nb
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材料；所述电解液的浓度为0.5～1.5M，其电解质为阴阳离子可解离的锂盐或钠盐。2.根据权利要求1所述的快充型柔性锂离子电池，其特征在于，所述正负电极为rGO/Nb
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活性材料作为负极、锂铁合金金属作为正极，或者rGO/Nb
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活性材料作为正极、金属锂作为负极。3.根据权利要求1所述的快充型柔性锂离子电池，其特征在于，所述正负电极还包括导电剂和粘合剂，电极材料、导电剂和粘合剂的质量百分比为(80％～85％):(10％～15％):5％。4.根据权利要求1所述的快充型柔性锂离子电池，其特征在于，所述电解质包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂或三氟甲基磺酸锂中的一种；所述电解液的溶剂为碳酸酯类有机溶剂，包括碳酸二甲酯、碳酸甲酯和碳酸乙酯。5.根据权利要求1所述的快充型柔性锂离子电池，其特征在于，所述rGO/Nb
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活性材料的制备包括以下步骤：S1、Nb
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材料的合成将NbC在900～1000℃的空气中退火8～10h，冷却后进行筛分，得到H
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Nb2O5粉末作为前驱体；将所述前驱体和三氧化钨以质量比为8:5的比例球磨混合，在空气气氛中以5～6℃min
‑1的速度加热至700～750℃，保温11～12h，继续升温至1150～1200℃下保持11～12h，得到Nb
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材料；S2、rGO/Nb
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活性材料的合成将经H2等离子体处理的所述Nb
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【专利技术属性】
技术研发人员：曹元成，郭亚晴，韩奇高，王富禾，刘洪浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：