[发明专利]碳纤维附着MnO2的锂离子电池柔性负极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维附着MnO₂的锂离子电池柔性负极及其制备方法，属于锂离子电 池电极技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、循环稳定性好和环境友好等突出优点，成为 便携式电子产品的主导化学电源。随着柔性和可穿戴式移动电子设备的发展，对锂离子电池 提出了可弯曲或折叠以及轻薄化的要求，具有这种特点的锂离子电池称为柔性锂离子电池， 柔性锂离子电池的主要技术要求是要有柔性电极，包括柔性负极。

柔性电极具有自支撑结构，可以裁剪，直接用作锂离子电池电极。其制作方法克服了非 柔性电极制作方法的缺陷，同时，柔性电极本身的能量密度和安全性能得到大幅提升。

现有一种柔性负极制作方法是采用静电纺丝技术，结合后续的高温煅烧工艺，制作出金 属氧化物与碳纳米纤维复合薄膜，这种复合薄膜能够直接作为锂离子电池柔性负极，不仅具 有优异的电化学性能，而且实现了柔性化、轻薄化。

然而，在所述现有技术中，所述金属氧化物是被包裹在碳纳米纤维内部，这样将不利于 所述金属氧化物作为活性物质与电解液的接触和锂离子的脱嵌过程；再有，所述金属氧化物 为Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co₃O₄等，这类金属氧化物具有脱嵌锂电位较高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于开发一种具有脱嵌锂电位低的金属氧化物负载在碳纳米纤维表面的锂 离子电池柔性负极。

本发明之碳纤维附着MnO₂的锂离子电池柔性负极是一种金属氧化物与碳纳米纤维复合 薄膜，其特征在于，所述金属氧化物为MnO₂，所述MnO₂的形态为纳米线，所述纳米线附着 在所述碳纳米纤维表面，形成纳米线与碳纳米纤维复合纤维，所述复合纤维的直径为300～400 nm。

本发明之碳纤维附着MnO₂的锂离子电池柔性负极制备方法其特征在于：

一、柔性碳纳米纤维网的制备

将聚丙烯腈或聚乙烯醇溶入溶剂中得到静电纺丝液；以所述静电纺丝液为原料，在纺丝 电压为15～20kV、纺丝距离为14～20cm的工艺条件下完成静电纺丝，得到聚合物纳米纤维 网；将得到的聚合物纳米纤维网在煅烧温度为245～255℃、煅烧时间为1～2小时工艺条件下 完成预氧化，得到预氧化纳米纤维网；再在煅烧温度为600～800℃、煅烧时间为2～4小时、 保护气氛工艺条件下完成高温煅烧，得到柔性碳纳米纤维网；

二、碳纳米纤维表面附着MnO₂纳米线的柔性复合纤维薄膜的制备

将所述柔性碳纳米纤维网置于KMnO₄溶液中，柔性碳纳米纤维网与KMnO₄的质量比为 1:1～1:2，得到反应液；将得到的反应液在反应温度为150～200℃、反应时间为30～60分钟工 艺条件下完成高温反应，得到碳纳米纤维表面附着MnO₂纳米线的柔性复合纤维薄膜；

三、碳纤维附着MnO₂的锂离子电池柔性负极的制备

所述碳纳米纤维表面附着MnO₂纳米线的柔性复合纤维薄膜经尺寸裁剪即成为碳纤维附 着MnO₂的锂离子电池柔性负极。

本发明其技术效果如下所述。