[发明专利]一种柔性电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种柔性电极材料的制备方法。本发明提供的柔性电极的制备方法只需经过混液、纺丝、预氧化和碳化即可得到，简便、快捷。本发明还提供了一种柔性电极材料，能够单独用于制备锂离子电池和钠离子电池，无需任何粘结剂、炭黑组合使用。此外，本发明提供的柔性电极材料还具有优异的循环性能。根据实施例的记载可知，本发明得到的柔性电极用于锂离子电池和钠离子电池后，充放电循环性能优异，稳定性良好；其中，锂离子电池在循环100圈以后，容量依然能够保持在450mAh/g以上，钠离子电池在循环100圈以后，容量依然能够保持在200mAh/g以上。

技术领域

本发明涉及柔性电极技术领域，尤其涉及一种柔性电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在过去几十年内，锂离子电池和钠离子电池作为一种重要的电化学储能装置已引起广泛的关注。锂离子具备以下优势：锂离子电池能量密度大、平均输出电压高、自放电小，没有记忆效应；工作温度范围-20℃～60℃，循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％；输出功率大，使用寿命长。

钠离子电池工作原理与锂离子电池类似，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：钠盐原材料储量丰富，价格低廉；由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20％左右)，降低成本；钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低8％左右成本，降低10％左右的重量；由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。

随着科技的不断进步，对锂离子电池和钠离子电池提出了更高的要求，轻、薄、小、高能量密度等问题急需解决。因此，柔性电极材料应运而生。柔性电极材料作为锂离子电池和钠离子电池的重要组成部分，一直是柔性电池研究的热点。目前，制备柔性电极的方法主要有抽滤法、复合碳布法和复合碳纳米纤维法等，得到的柔性电极材料主要为碳基材料。然而，现有技术中的柔性电极材料在使用时需要添加粘结剂和炭黑，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性电极材料及其制备方法和应用，该柔性电极材料能够单独使用，操作方便。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种柔性电极材料的制备方法，包含以下步骤：

将聚丙烯腈纤维和硫酸锰溶于纺丝溶剂中后进行加热处理，得到纺丝液；所述纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N,N-二甲基乙酰胺；

对所述纺丝液进行纺丝，得到原始纤维；

对所述原始纤维进行预氧化处理，得到预氧化纤维；

惰性气氛下，对所述预氧化纤维进行碳化处理，得到柔性电极材料。

优选的，所述聚丙烯腈纤维和硫酸锰的质量比为100:(10～30)；

所述聚丙烯腈纤维和纺丝溶剂的质量比为1:(10～15)。

优选的，所述加热处理的温度为75～85℃；

所述加热处理的时间为10～15小时。

优选的，所述纺丝为注射纺丝。

优选的，所述注射纺丝的条件：喷头与接收板之间的垂直距离为15～25cm；

纺丝电压为10～20KV；

纺丝液的流速为0.25～0.45mL/h。

优选的，所述预氧化处理的温度为250～300℃；

所述预氧化处理的时间为1～10小时。

优选的，所述碳化处理的温度为650～750℃；

所述碳化处理的时间为1～5小时。