[发明专利]一种纳米复合膜电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种纳米复合膜电极材料的制备方法，属于新型储能材料领域。

背景技术

锂离子电池因其能量密度大、使用寿命长和无记忆效应等特点，是目前应用最广泛的二次电池，其主要由正极、负极、隔膜、电解质和安全装置等组成，其工作原理概括为，充电时，锂离子从正极的晶格中脱出，通过电解质和隔膜，得到一个电子后被还原为锂，嵌入到负极材料的结构中，放电时，则相反，石墨中的锂失去一个电子成为锂离子向正极迁移，并回嵌入正极材料中，即锂离子在正负极之间可逆的嵌入和脱出，构成电池的充放电循环，正负极材料在嵌入和脱出过程中结构越稳定，电池的循环性能就越好。由锂离子电池的充放电工作原理，可明显的看出，电极材料是决定锂离子电池性能最关键的因素之一，目前商品化的正极材料和负极材料存在成本高、倍率性能差、安全性能低下等问题，严重阻碍了锂离子电池在动力电池和储能方面的进一步发展，因此开发成本低、寿命长，倍率性能好和安全性能高的锂离子电池用电极材料，来满足4G网络、电动车以及风能和太阳能储能的要求是十分重要的。

例如，中国专利文献CN102769123A公开了一种制备二氧化钛/碳复合锂电池电极材料的方法，其以四氯化钛或钛酸四丁酯、葡萄糖、单糖、甲醇或多元醇、酸和其他低沸点有机物为原料，采用80-200℃的溶剂热反应，一步合成出具有不同形貌的二氧化钛与碳的复合材料，具体为二氧化钛纳米棒和碳的自组装球形，自组装锥形微纳米复合材料以及碳包覆二氧化钛颗粒状纳米复合材料，其可逆储锂容量为250mAh/g的可逆储锂容量，但是其制得的TiO₂纳米棒和C的自组装微球粒径不均匀，制备工艺较为复杂，在后续的产物后处理过程中，要用乙醇和去离子水多次洗涤，引起了资源的浪费。进一步的由于该材料只是微球结构，在后续形成电极材料的过程中，需要使用传统的涂覆工艺形成可用的电极材料，不可避免会出现纳米颗粒聚积，造成电化学性能和循环稳定性能不稳定，导电性能较差。

发明内容

为解决现有电极材料在使用纳米二氧化钛时易于团聚，造成嵌锂电位高，导电性能差的缺点，本发明提供一种纳米复合膜电极材料，并进一步提供该电极材料的制备方法。

为此，本申请采取的技术方案如下：

一种纳米复合膜电极材料的制备方法，包括，(1)将锰的前驱体、钛的前驱体、碳的前驱体溶于有机溶剂中配制成纺丝液；(2)对所述纺丝液进行静电纺丝，得到纳米纤维材料；(3)对所述纳米纤维材料进行预氧化处理后，在惰性气氛下进行碳化处理得到所需的纳米复合膜电极材料，即MnO_x/TiO₂/C纳米纤维复合薄膜电极材料，其中MnO_x为常用的锰的各价态氧化物及其混合物，优选的X为1-3.5，更优选的X为4/3。

优选地，所述碳化处理的过程碳化温度为500-1000℃，碳化时间为1-6h，在到达所述碳化温度前，控制升温速率为1-5℃/min。

优选地，碳化处理过程完成后，控制降温速度为1-20℃/min。

优选地，所述预氧化处理的温度为100-300℃，预氧化时间1-6h。

优选地，所述步骤(1)中，所述碳的前驱体浓度为7-15wt％，所述钛的前驱体浓度为0.1-1.0mol/L，所述锰的前驱体浓度为0.1-0.5mol/L。

优选地，所述步骤(2)中，静电纺丝工艺的纺丝电压为8-20kV，纺丝液流速为0.3-1.5ml/h，接收距离为10-30cm，注射器的针头内径为0.6-2.0mm。

优选地，采用单针头或多针头纺丝，纺丝时间为2-6h。

优选地，所述锰的前驱体选自硫酸锰、乙酸锰、草酸锰或硝酸锰；所述钛的前驱体选自钛酸四丁酯、钛酸、偏钛酸、硫酸氧钛、钛酸异丙酯、四氯化钛中的一种或几种；所述碳的前驱体选自聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA、聚乳酸PLA、聚左乳酸PLLA、聚丙烯酸酯PAA中的一种或几种。

优选地，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种。

优选地，氮气、氩气、氦气和氢气中的一种或几种气体形成所述惰性气氛。

与现有技术相比，本发明具有如下优点，