[发明专利]柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法，其制备方法包括将有机化合物、生物质炭纤维、粘结剂、导电剂和有机溶剂混合，超声，加热搅拌，得混悬液，涂膜，除去溶剂，真空干燥，得到柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料。本发明基于溶液的相变法，制备原料易购买，工艺简便，成本较低。本发明方法制备的柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料，大幅度的提升锂电池的导电性，防止有机化合物在充放电过程中溶于电解液，其还呈现出优异的柔韧性，该材料可用于制备锂离子电池，其作为锂离子电池的正极材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性，并且还能在弯折条件下没有任何容量的衰减。

技术领域

本次发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种具有柔性的有机化合物/生物质炭纤维复合材料。

背景技术

锂离子电池经过数十年的发展已在储能设备领域取得了巨大的成功。目前，锂离子电池的电极材料以无机材料居多，但无机材料的应用及发展存在一些不可避免地问题，如：废电池对环境产生的污染，钴基锂离子电池价格的飞涨等。因此，探寻可代替锂离子电池中无机材料的物质是目前锂离子电池的发展趋势。近几年来，有机材料的应用已经出现井喷式的发展，如；光伏、发光二极管和场效应晶体管等领域，有机电化学活性物质将是一种具有实践性的新型正极电池材料。

传统正极材料所需生产成本较高，且由于其在锂离子电池中占据较为重要的分量，因此制备高性能、低成本的有机正极材料是实现有机锂离子电池的关键。有机锂离子电池电极材料的设计，应充分发挥有机电化学活性物质能有效构建各种有机器件、成本低、灵活性强、溶液可加工等方面的优势。与传统的无机锂离子电池的正极相比，有机材料的最主要特点是能与柔性聚合物有良好的相容性，能使正极在弯曲状态下工作，从而展现出正极材料的柔性。具有电化学活性的有机化合物及粘合剂本身并不是锂离子电池柔性正极材料中的导电成分，因此，炭基导电剂的引入是锂离子电池正极材料中必不可少的部分。

由于在成本和可加工性等方面上具有明显优势，炭黑成为正极材料中最常用的导电剂之一。但在目前的有机电极材料中，由于炭黑的比重较高，从而导致有机活性物质的负载量过低。反观来说，具有高纵横比、高比表面积的纳米碳，例如碳纳米管和石墨烯，很容易形成相互连接的导电网络或支架。而高成本的纳米碳又限制了其在柔性有机正极材料中实际应用。因此，研发具有高纵横比，高电导率和低成本的炭材料成为发展柔性有机锂离子电池正极材料的迫切需求。

发明内容

针对现有技术的不足和未来锂离子电池发展的需求，本申请提供用于锂电池的柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法，该方法为基于溶液的相变法，制备原料易购买，制备方法简便。采用该方法制备的柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料用作锂电池的正极材料，大幅度的提升锂电池的导电性，防止有机化合物在充放电过程中溶于电解液现象的发生，更重要的是，其还能在弯折下保持优异的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料的制备方法，包括将有机化合物、生物质炭纤维、粘结剂、导电剂和有机溶剂混合，超声，加热搅拌，得混悬液，涂膜，除去溶剂，真空干燥，得到柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料。

所述生物质炭纤维通过将预处理的生物质在无氧气流下进行厌氧碳化得到，所述生物质包括棉纤维、竹纤维、麻纤维中的任意一种。优选的，厌氧碳化得到的生物质炭纤维经过研磨，其粒径为5～15μm。

所述生物质优选棉纤维。所述棉纤维包括棉团、医用脱脂棉、棉短绒中的任意一种，所述竹纤维包括竹筷子或竹子，所述麻纤维包括苎麻、黄麻、青麻、大麻、亚麻、罗布麻、槿麻中的任意一种。