[发明专利]钛酸锂柔性自支撑复合电极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛酸锂柔性自支撑复合电极的制备方法，包括以下步骤：提供无机钛源、锂源、含氢氧根离子的溶液和双氧水，混合处理制备含锂过氧化钛配合物溶液；在所述含锂过氧化钛配合物溶液中加入亲水性碳材料，经水热反应后，直接形成或经成型处理制备自支撑前驱体材料；将所述自支撑前驱体材料干燥处理后，在还原气氛中进行煅烧处理，制备得到钛酸锂柔性自支撑复合电极。

技术领域

本发明属于柔性电极技术领域，尤其涉及一种钛酸锂柔性自支撑复合电极及其制备方法。

背景技术

科技的发展不断引领和改变着人类的生活方式，从智能手机到iwatch再到运动手环，诸多电子产品的快速发展大大提高了人们对日常生活的体验感和便利感。除了兼备高智能化、高集成度等性能特性外，电子产品也越来越朝着人性化、舒适化的方向发展，如小、轻、薄，可弯曲，可折叠。这也促使了柔性智能可穿戴电子产品的快速发展。而对于柔性智能可穿戴电子产品，其核心部件之一就是柔性储能装置，须具有循环寿命长、安全性高、续航时间长等特点，锂离子电池很好的满足这些性能要求。

但是，传统电极是由活性粉体材料、导电剂(如炭黑)、粘结剂(如聚偏二氟乙烯，PVDF)在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合调成浆料后，涂覆在金属集流体上制得，主要存在以下几点不足：1、电极硬度大不易弯曲，靠粘结剂粘结的活性材料容易从集流体上剥脱；2、金属集流体和粘结剂等占极片总重量的比重大，却没有任何活性，大大降低了电池的能量密度；3、溶解粘结剂时要使用大量的有毒有机物NMP，不仅成本高，且环境危害大；4、粘结剂的使用增加了电极的内阻，降低了电池的功率性能。因此，传统电极难以应用在柔性锂离子电池中。

另外，现阶段大规模商业化应用的碳基负极材料存在快充性能差、循环寿命短、安全隐患大等问题。相比之下，尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)有安全性高、循环寿命长、倍率性能好等优点，是用于柔性锂离子电池的理想负极材料之一。但是，目前还缺乏有效的技术方案来实现绿色、高效率、低成本的制备钛酸锂柔性自支撑电极。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸锂柔性自支撑复合电极及其制备方法，旨在解决传统电极难以应用在柔性锂离子电池中的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种钛酸锂柔性自支撑复合电极，所述钛酸锂柔性自支撑复合电极包括碳骨架和分散在所述碳骨架中的钛酸锂，且以所述钛酸锂柔性自支撑复合电极的总重量为100％计，所述碳骨架的重量百分含量为15-60％。

本发明另一方面提供一种钛酸锂柔性自支撑复合电极的制备方法，包括以下步骤：

提供无机钛源、锂源、含氢氧根离子的溶液和双氧水，混合处理制备含锂过氧化钛配合物溶液；

在所述含锂过氧化钛配合物溶液中加入亲水性碳材料，经水热反应后，直接形成或经成型处理制备自支撑前驱体材料；

将所述自支撑前驱体材料干燥处理后，在还原气氛中进行煅烧处理，制备得到钛酸锂柔性自支撑复合电极。

本发明提供的钛酸锂柔性自支撑复合电极，通过以碳材料作为骨架，将钛酸锂分散在碳骨架中，并调控所述碳骨架的重量百分含量为15-60％，获得柔性电极。该钛酸锂柔性自支撑复合电极无金属集流体、无粘结剂、柔性高，不仅具有良好的导电性和机械强度，可直接作为柔性电极应用在柔性锂离子电池中；而且具有较好的倍率性能和循环稳定性，40C放电容量为134mAh/g，10C循环1000次后容量保持率为94％。