[发明专利]一种可折叠锂电池柔性正极制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种可折叠锂离子电池柔性正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高的能量密度和优异的循环稳定性，在小型电子设备、电动汽车、混合式电动汽车具有广泛的应用。目前，商业化的锂离子电池的正负极的制备方法是把混合均匀的活性材料颗粒、导电剂和粘结剂的浆料涂覆到铜箔或者铝箔集流体上，干燥压实后组装成锂离子电池。此制备方法的缺陷是在正负极极片过渡弯曲和折叠的过程中正负极活性材料和集流体脱离，最终影响锂离子电池的综合性能，甚至引起短路等问题。

随着折叠式电子产品的发展，能够进行折叠的充电设备是其必不可少的组成部分，然而目前柔性正负极材料是折叠式锂离子电池制备的主要瓶颈之一，传统的锂离子电池正负极的制备方法限制了其在柔性锂离子电池中的应用。目前已有报道锂离子电池柔性负极的制备方法，包括利用碳纤维，石墨烯和泡沫镍等三维有序材料做导电集流体，取得了较大进展。然而锂离子电池正极活性材料一般都采用高温固相法形成微米级颗粒，如何将正极活性材料原位涂覆到三维集流体上，限制了柔性锂离子电池正极的发展。为解决这个问题，科研工作者采用了不同的三维集流体和原位涂覆方法进行改性，但高温固相法在焙烧过程中破坏三维导电集流体。

因此制备高性能的柔性导电集流体和选择合适的方法原位涂覆活性材料到柔性集流体上形成复合柔性正极，是目前制备可折叠锂离子电池柔性正极的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可折叠锂离子电池柔性正极材料的制备方法，解决了目前锂离子电池的正负极的制备方法是把混合均匀的活性材料颗粒、导电剂和粘结剂的浆料涂覆到铜箔或者铝箔集流体上，干燥压实后组装成锂离子电池，这样，正负极极片过渡弯曲和折叠的过程中正负极活性材料和集流体脱离，最终影响锂离子电池的综合性能，甚至引起短路的问题。

本发明所采用的技术方案是将纳米碳纤维膜置于磁控溅射的基体，将氩气和氧气通入磁控溅射的腔体内，以钴酸锂作为靶材，开启磁控溅射得到复合柔性膜样品；把得到的复合柔性膜样品置于管式炉中，氩气保护下升温得到所需纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜。

进一步，所述磁控溅射基体内气压10^～3Pa-10^～4Pa。

进一步，所述磁控溅射基体内氩气和氧气按8:1-10:1的比例配置。

进一步，所述磁控溅射基体内保持溅射的功率为200W-400W，磁控溅射基体的旋转速度为100rpm-200rpm；磁控溅射的钴酸锂靶材和底盘的距离是30～100mm。

进一步，所述磁控溅射工作气体流量为150～300sccm。

进一步，所述钴酸锂壳层的厚度20～2000nm。

进一步，所述复合柔性膜样品置于管式炉中，以1℃/min-3℃/min的速度升温至500℃-900℃，在此温度下保温100min-120min，自然降温至室温。

本发明的有益效果是纳米碳纤维/钴酸锂三维同轴复合膜具有很好的机械强度、柔韧性和弹性，该复合膜是一种自支撑的柔性膜，能够弯曲与折叠；机械性能良好。

附图说明

图1是柔性纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜的照片；

图2(a)是纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜的微观图；

图2(b)是纳米碳纤维/钴酸锂三维同轴复合膜的扫描电镜图；

图2(c)是单根碳纤维/钴酸锂三维同轴纤维的投射电镜图；

图3是纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜正极的充放电性能图。

图4是纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜正极的循环性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

将聚丙烯腈完全溶解在二甲基甲酰胺溶液后用静电纺丝装置制备柔性纳米碳纤维膜，聚丙烯腈与二甲基甲酰胺溶液的质量比为1:7-1:8，真空干燥后在管式炉中，空气气氛下，以1℃/min-2℃/min的速度升温至200℃-300℃后预氧化1h-2h。预氧化完成后在高纯氩气气氛保护中以2℃/min-3℃/min的速度升温至800℃-1000℃后碳化30min得到所需柔性纳米碳纤维膜。柔性纳米碳纤维膜的厚度是20～200μm，孔隙率是50-90％，拉伸强度在10-500mPa；碳纤维的半径是50～1000nm，通过前躯体聚合物纤维的直径进行控制。