一種柔性電極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開實(shí)施了一種柔性電極材料的制備方法，本發(fā)明的實(shí)施例的方法中，利用柔性碳布的重量輕、強(qiáng)度高、電子傳輸快等優(yōu)點(diǎn)，作為鋰電池電極材料的基底，以有機(jī)釩（乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等）為主要原料，通過燒結(jié)處理后制備出了一種柔性五氧化二釩電極材料。該制備方法具有工藝簡單、反應(yīng)條件溫和、能耗小、無污染等特點(diǎn)，相比其他制備工藝具有明顯優(yōu)勢。該方法制備的電極材料柔性好、質(zhì)量輕、循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能優(yōu)良，滿足其在柔性儲能器件中的應(yīng)用，并且此方法可推廣至其他柔性氧化物（氧化鐵，氧化錳，氧化鈷，氧化鎳等）電極材料的制備。
【專利說明】一種柔性電極的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種柔性電極材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源問題的日益突出，各國對于新一代清潔能源的開發(fā)顯得十分緊迫。鋰離子電池是當(dāng)今國際公認(rèn)的理想化學(xué)能源，具有體積小、電容量大、電壓高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于移動電話、手提電腦等電子產(chǎn)品中，日益擴(kuò)大的電動汽車領(lǐng)域?qū)⒔o鋰離子電池帶來更大的發(fā)展空間。近年來，作為下一代最有前景之一的柔性/可折疊光電子器件的研宄備受矚目。但如何發(fā)展高柔性、高能量密度、功率密度以及良好循環(huán)穩(wěn)定性的二次電池高電池仍是困擾大多數(shù)科研人員的一個巨大難題。電極材料是高性能二次電池發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，尤其是正極材料。但是考慮到現(xiàn)有的正極材料，其比容量都比較低，大約在140mAh/g，開發(fā)新的高容量的鋰離子電池正極材料具有非常重要的理論研宄意義和實(shí)際應(yīng)用價值。
[0003]五氧化二釩正極材料，由于其具有合適于容納大量鋰離子的層狀結(jié)構(gòu)，具有較高的理論比容量、資源豐富、價格低廉等特點(diǎn)，而成為目前重點(diǎn)研宄的新一代鋰離子電池電極材料之一。目前五氧化二釩電極材料的制備方法有很多，但是所制備的材料一般循環(huán)穩(wěn)定性都比較差，且制備過程復(fù)雜耗時，能量消耗較大，合成成本高。
[0004]針對這些現(xiàn)狀，我們設(shè)計構(gòu)建出了一種基于有機(jī)釩源的五氧化二釩微納米顆粒擔(dān)載在碳布上的復(fù)合結(jié)構(gòu)，用作新型柔性高性能鋰離子電池電極材料。該工作創(chuàng)新點(diǎn)在于:
1、該制備方法具有工藝簡單、反應(yīng)條件溫和、能耗小、無污染等特點(diǎn)，相比其他制備工藝具有明顯優(yōu)勢，而且該方法制備的電極材料柔性好、質(zhì)量輕、循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能優(yōu)良；2、用新型碳材料取代傳統(tǒng)的金屬集流體，降低了成本，減輕了整體質(zhì)量，并以此發(fā)揮出碳布巨大的網(wǎng)絡(luò)傳輸電子優(yōu)勢，極大的提高了電池的倍率性能；3、新穎的微納米級的五氧化二釩/碳布三維結(jié)構(gòu)極大的增加了單位體積內(nèi)電極材料質(zhì)量，使電解液最大程度的與之接觸，減少電極材料在電池充放電過程中由于鋰離子嵌入/脫出帶來的體積改變，結(jié)果顯示電池在50次循環(huán)后仍然具有高達(dá)250 mAh/g的比容量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是以有機(jī)釩(乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等)為主要原料，以碳布為基底，通過燒結(jié)處理后制備出了一種柔性五氧化二釩電極材料。該制備方法具有工藝簡單、成本低廉、能耗小、無污染等特點(diǎn)，相比其他制備工藝具有明顯優(yōu)勢。
[0006]本發(fā)明的公開技術(shù)方案包括:一種柔性電極材料的制備方法，其特征在于以有機(jī)釩(乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等)為主要原料，以柔性較好的碳布為基底，在空氣中利用簡單的控溫?zé)Y(jié)的方法制備出了柔性的五氧化二釩電極材料。
[0007]本發(fā)明中所述的制備方法的具體步驟如下:首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將有機(jī)釩(乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等)加入到瓷舟中，將碳布置于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，控溫?zé)Y(jié)，冷卻即得到碳布負(fù)載的五氧化二釩電極材料。
[0008]本發(fā)明所述的制備方法中燒結(jié)溫度為250_400°C，保溫時間為2_6小時。
[0009]本發(fā)明所述有機(jī)釩在微納米級別，顆粒尺寸在2微米左右，所使用的碳布纖維尺寸在10微米左右。
[0010]本發(fā)明所述的柔性電極材料用于鋰離子電池的正極材料，并應(yīng)用于柔性儲能器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明制備的五氧化二釩顆粒/碳布復(fù)合材料的掃描電鏡圖片。
[0012]圖2為本發(fā)明制備的五氧化二釩顆粒/碳布復(fù)合的電極材料的圖片。
[0013]圖3為本發(fā)明制備的五氧化二釩顆粒/碳布復(fù)合的電極材料柔性測試過程圖片。
[0014]圖4為本發(fā)明制備的五氧化二釩顆粒/碳布復(fù)合電極材料作為鋰離子電池的正極材料的50次循環(huán)性能曲線和庫倫效率曲線。
[0015]圖5為本發(fā)明制備的五氧化二釩釩顆粒/碳布復(fù)合電極材料作為鋰離子電池的正極材料在不同放電倍率下循環(huán)30次的比容量。
[0016]圖6為本發(fā)明制備的五氧化二釩顆粒/碳布復(fù)合電極材料作為鋰離子電池的正極材料的充放電曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0017]該發(fā)明可推廣至其他柔性氧化物電極材料，以實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例一
制備乙酰丙酮氧釩/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮氧釩加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的五氧化二釩電極材料。
[0019]制備的碳布負(fù)載的五氧化二釩電極材料的形貌和性能測試。
[0020]以掃描電子顯微鏡(SEM，Philips-XL-30FEG)圖表征了所得復(fù)合材料的形貌，以金屬鋰作為輔助電極和參比電極，含有l(wèi)M/LLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)混合溶液為電解液，其中EC: EMC=1:1，在充滿氬氣的手套箱中進(jìn)行電池的組裝。從圖4可以看出電池在循環(huán)50次后仍然具有高達(dá)220 mAh/g的比電容量。從圖5可以看出在0.5C電流密度下放電容量近250 mAh/g，顯示出了優(yōu)越的倍率性能。從圖6可以看出電池倍率性能好，說明電池內(nèi)阻比較小，充放電迅速。
[0021]實(shí)施例二
制備乙酰丙酮釩/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮釩加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的五氧化二釩電極材料。
[0022]實(shí)施例三
制備乙酰丙酮鐵/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮釩鐵加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的四氧化三鐵電極材料。
[0023]實(shí)施例四
制備乙酰丙酮錳/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮錳加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的二氧化錳電極材料。
[0024]實(shí)施例五
制備乙酰丙酮鈷/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮鈷加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的氧化鈷電極材料。
[0025]實(shí)施例六
制備乙酰丙酮鎳/碳布復(fù)合的柔性電極材料
首先將碳布在乙醇中超聲30min左右，將乙酰丙酮鎳加入到瓷舟中，將碳布至于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中250-400°C保溫2-6小時，冷卻即得到碳布負(fù)載的氧化鎳電極材料。
[0026]以上通過具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于這些具體的實(shí)施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和代替頁都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所做的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性電極的制備方法，其特征在于以有機(jī)釩(乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等)為主要原料，以柔性較好的碳布為基底，在空氣中利用簡單的控溫?zé)Y(jié)的方法制備出了柔性的五氧化二釩電極材料。
2.—種如權(quán)利要求1所述的一種柔性電極材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下:首先將碳布在乙醇中超聲30分鐘左右，將有機(jī)釩(乙酰丙酮氧釩或乙酰丙酮釩等)加入到瓷舟中，將碳布置于瓷舟上方，加蓋另一瓷舟封閉，空氣中控溫?zé)Y(jié)，冷卻即得到碳布負(fù)載的五氧化二釩電極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟2中的燒結(jié)溫度為250-400°C，保溫時間為2-6小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟2中所使用的有機(jī)釩在微米級，顆粒尺寸在3微米左右，所使用的碳布纖維尺寸在10微米左右。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的柔性電極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于，柔性電極材料用于鋰電池的正極材料，并應(yīng)用于柔性儲能器件。
【文檔編號】H01M4/1393GK104485444SQ201410764536
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】王雷, 王軍 申請人:河南金邁科實(shí)業(yè)有限公司