[发明专利]固体电池的阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体电池的阳极材料及其制备方法，具体为一种膜卷式固体电池的阳极材料及其制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

开发用电池等二次能源为动力能源的汽车、飞机、船只等新交通运输网是实现环保和持续社会发展的重要环节。镍氢电池是目前完成度最高的动力能源电池，作为电动车的动力能源，已经被汽车制造厂家广泛采用。但是镍氢电池的重量能量密度(Wh/kg)通常在75Whr/kg，相对较小，为了保证汽车的行驶距离，必须多载电池。电池重量越大，車辆在加速等情況下消耗的能量也越高。所谓高重量能量密度锂离子电池尽管能提供130Wh/kg並能数千次充放电使用，但安全性没有镍氢电池高，而且又有制造成本高，充电时间长的缺点。

钒电池是美国NASA 1974年首次提倡的一重安全性极高的电化学电池。含钒(IV)化合物或钒(IV)离子通常用来做阳极；含钒(III)化合物或钒(III)离子通常用来做阴极。用钒(IV)作为启电剂的离子钒电池的重量能量密度是锂离子电池的1/5，不适用汽车等使用；通常大型化后，作为大容量储电器用。另外，钒离子电池通常需要循环泵，促使钒离子持续更新。这也是钒离子电池不适合动态使用的原因之一。

美国一所大学最近报道了一种用硼化钒为启电剂的粉体式钒电池。据报道，这种粉体式钒电池的重量能量密度是锂离子电池的30倍而且安全性远远高于锂离子电池。但是，为了保证电池的持续供电能力，作为启电剂的硼化钒粉体也必须通过循环泵，促使硼化钒粉体持续供给到阳极。连续供给粉体的技术难度大设备复杂，而且流量极不安定，从而导致电池的驱动力不安定。

因此，提供一种电流稳定、输出稳定的崭新的固体电池的阳极材料及其制备方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是利用纳米技术与薄膜制造技术，特别是利用纳米材料的分散和薄膜的表面加工技术，开发和制造一种电流稳定、输出稳定的崭新的固体电池用的阳极材料。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种固体电池的阳极材料，包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管，其中，以硼化钒为启电剂，石墨烯或碳纳米管为导电剂。

所述硼化钒与石墨烯或碳纳米管的重量比为1000:20～1000:100。

所述硼化钒的粒径为20nm~300nm。

所述石墨烯为1~8层，长与宽均为1~12微米。

所述碳纳米管的直径为1~50纳米，长1~50微米。

所述固体电池的阳极材料为薄膜，由薄膜缠卷成卷状体作为固体电池的阳极。

所述薄膜的厚度为30~300微米。

本发明的另一目的是提供一种上述固体电池的阳极材料的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种固体电池的阳极材料的制备方法，该阳极材料包括硼化钒和石墨烯或碳纳米管薄膜，用于固体电池，包括如下步骤：

1）硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料的配制：按比例将硼化钒粉末(粉粒)、石墨烯或碳纳米管与醋酸纤维素（cellulose Acetate）添加到N－甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone，nMP）中，用沙式分散机或超声式分散机混合分散，得到均匀分散的纳米硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料；

2）使用湿式制膜机，将硼化钒/石墨烯或碳纳米管混合浆料均匀展开，经过减压干燥处理，制成薄膜；

3）在氦气或氮气条件下，进行等离子体（Plasma）高温活化表面处理，使硼化钒和石墨烯或碳纳米管露出在薄膜的表面；

4）使用缠卷机，将表面活化处理后的薄膜缠卷成卷状体。

其中，硼化钒与石墨烯或碳纳米管的重量比为1000:20～1000:100，所述硼化钒与醋酸纤维素的重量比为1000:20~1000:100，所述硼化钒与N－甲基吡咯烷酮的重量比为50:100~70:100；原料硼化钒粉末的直径为2~5微米，经分散后在混合浆料中，硼化钒的粒径为20~300nm。

所述硼化钒、石墨烯与醋酸纤维素混合分散的时间为30~50分钟。

如果混合浆料放置或保存时间长于7天，在步骤1）中浆料配制时，需添加少量的安定剂或分散剂，如PVP。

所述薄膜的厚度为30~300微米，幅宽10~50厘米。

所述步骤3）等离子体（Plasma）高温活化表面处理的深度在200~500纳米，等离子体高温活化表面处理的温度为400~600℃，时间为5~15秒。