[发明专利]一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅‑改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法，步骤如下：将多壁碳纳米管加入三羟甲基氨基甲烷溶液中，超声，加入盐酸多巴胺，搅拌，离心分离得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管，再将产物加入由NaOH和正十二烷基硫醇组成的溶液中，放置14‑16h后离心洗涤烘干后得到PDCNT；将PDCNT、N‑羟基琥珀酰亚胺和乙醇混合，超声后滴加在硅油纸上，用刮刀涂布，干燥得到PDCNT柔性薄膜；将纳米Si颗粒、Super P Li和聚丙烯酸溶于乙醇配制城浆料，用刮刀将配制好的浆料涂布PDCNT柔性薄膜固定在玻璃板上，干燥后经辊压、裁片，即得。该方法制备的柔性电极具有较好的柔韧性和抗弯折性。

技术领域

本发明涉及一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法。

背景技术

柔性手机、电子服装、可穿戴电子产品等一系列新概念的提出对新一代电池提出了“更轻、更小、更薄、柔性”的技术要求和挑战。研制轻质的柔性电池，满足可穿戴电子产品的应用需求，已逐渐成为新的研究热点。不同于传统的电池，柔性电池要求各组件具有柔性，即柔性正极、负极、电解质、隔膜和外包装，而构建柔性电池的关键是由柔性集流体与高比容量活性材料复合而成的柔性电极的成功研制。

硅负极材料被认为是构成柔性电极的理想活性材料。硅负极材料具有4200mA·h/g的理论比容量，是石墨材料的十倍有余。同时硅作为地壳中含量第二的元素，有望降低成本实现大规模生产，被认为是较为理想的下一代负极材料。但硅负极的发展也面临着一系列问题。与石墨作为锂电池负极的嵌入反应机理不同，硅作为负极材料的机理是合金化反应，即充电时硅和锂形成合金，放电时锂从合金中脱出。这使硅负极在充放电过程中发生约300%的体积变化，导致电极结构不稳定，容量迅速衰减。同时，硅作为一种半导体，硅负极的导电性也需要进一步提升；另一方面，由于硅负极充放电过程中的体积变化特性，硅材料很容易从传统的集流体上脱落，造成电极结构破坏。一些研究通过对铜集流体进行改性，提高电极的稳定性，但这种方法对于硅负极的性能提升有限。由于碳纳米管（CNT）被认为是制备柔性集流体的首选材料，具有以下优势：①可以形成网络结构，力学性能好、强度高；②提供电子传输通路，利于电化学反应进行；③有助于电化学活性相颗粒的分散，提供了离子运输的通道；④网络是柔性结构，可以缓冲反应过程中电极发生的巨大体积变化；⑤CNT具有本征缠绕和弯曲特性，适于拉伸设备应用；⑥相比于传统金属集流体，碳纳米管集流体更轻更柔，不仅可以满足柔性电池对于力学强度和力学柔性的需求，而且其相互贯通的通道可以使离子快速迁移。不仅如此，碳的化学惰性也确保了集流体的电化学稳定性，保证了电池的循环性能和倍率性能。此外，碳纳米管柔韧的网络结构和空隙，可以为硅材料的体积变化提供巨大的缓冲空间。虽然碳材料柔性集流体与金属集流体相比具有诸多优势，但是其制备过程复杂，生产成本高，产业化需要克服很多困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：