[发明专利]一种制备柔性锂离子电池电极的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种制备柔性锂离子电池电极的方法，将3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺与碳纳米管混合，抽滤后制备得到3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺/碳纳米管复合薄膜的有机柔性正极材料。本发明采用商业化的、价格便宜的碳纳米管作为柔性基底，使用有机小分子3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺代替传统无机电极材料和有机聚合物材料作为活性物质，制备得到高导电率、机械性能好的柔性电极，而且成本低廉，处理简单。

技术领域

本发明涉及一种柔性锂离子电池电极材料的制备方法，特别是涉及一种无金属集流体和粘结剂的柔性电极的制备方法。

背景技术

当前，电子设备的发展，尤其是便携性电子设备的兴起和进步，极大地改变了人们的生活。随着这些便携类消费电子产品需求的增长，对其续航能力也提出了更高的要求；作为当前主要的储能设备，锂离子电池因其较高的能量密度，较高的输出电压，以及无记忆效应等优点主导了当前的便携类电子设备市场。而目前应用较为广泛的锂离子电池大多存在体积较大，刚性不能弯曲折叠等缺点，和当前便携类电子产品向着柔性化，可穿戴，轻量化等发展趋势不符；此外，目前商业化的柔性电子设备大多数是具有柔性显示功能，而其储能部分却难以展示可折叠性。因此，发展新型电极材料，尤其是具有质轻，机械性能好的柔性电极材料成为当前亟需解决的问题。

目前制备柔性电极的方法，一种是将活性物质混合粘结剂涂覆在柔性的金属集流体上，这种制备方法导致整体电极中活性物质占比少，并且机械性能差；另一种方法是通过加入分散剂的方法与柔性导电材料，如石墨烯、碳纳米管以及聚合物制备成膜。现有技术制备柔性电极过程中，大多采用无机活性材料或不易溶解的聚合物作为活性物质，无机物硬度大，无法溶液加工，并且难以回收，无法降解，不环保；而聚合物合成过程复杂，导致效率低。在第二种方法中，往往需要加入有机溶剂作为分散剂，有机试剂有一定的污染性，不环保，并且这种方法无法使活性物质达到纳米尺寸的分散，分散效果不佳，导致电极的循环稳定性差。有机小分子来源广泛，可再生，成本低廉，质地轻柔，可溶液加工，废弃之后易在自然界中降解，具有很高的应用前景。因此，本领域的技术人员致力于开发一种高能量密度，高稳定性的基于有机小分子的柔性电极材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何制备无金属集流体和粘结剂的、具有高能量密度和高稳定性的、基于有机小分子的柔性电极材料。为实现上述目的，本发明提供了一种制备柔性锂离子电池电极的方法，包括如下步骤：

(1)将3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺(PDI)与碳纳米管(CNT)在浓硫酸中混合，形成均一分散液；

(2)抽滤，得到3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺/碳纳米管(PDI/CNT)复合薄膜的有机柔性正极材料。

进一步地，包括以下步骤：

步骤1：将所述碳纳米管分散在所述浓硫酸中，超声并搅拌形成分散液；

步骤2：将所述3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺加入到所述步骤1中形成的分散液中，继续搅拌至形成均一分散液；

步骤3：将所述步骤2中制备得到的均一分散液加入冰水中稀释，并搅拌形成稀释后的分散液；

步骤4：将所述步骤3中制备得到的稀释后的分散液导入抽滤瓶中抽滤，并用去离子水清洗至中性，得到3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺/碳纳米管复合薄膜；

步骤5：将所述步骤4中制备的所述3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺/碳纳米管复合薄膜真空干燥，得到所述3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺/碳纳米管复合薄膜的有机柔性正极材料；

所述3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺与所述碳纳米管的质量比为1:1、2:1或3:1。

进一步地，包括以下步骤：

步骤1：将10mg所述碳纳米管分散在30ml所述浓硫酸中，超声并搅拌1小时；