一种复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合电极材料及其制备方法，属于功能高分子材料技术领域。本发明专利技术制备的复合电极材料由自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管组成，为三维二元共连续相结构。本发明专利技术突破了以往自由基化乙烯马来酸酐共聚物复合电极材料活性成分含量低，结构笨重，力学性能差，工艺繁琐等局限，制备出具有良好力学性质、优异电化学性能的柔性自由基化乙烯马来酸酐共聚物/碳纳米管复合电极材料，为新型柔性电子器件的发展提供重要的研究价值。型柔性电子器件的发展提供重要的研究价值。型柔性电子器件的发展提供重要的研究价值。

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能高分子材料
，特别是涉及一种复合电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种重要的储能设备，在现今经济、军事、民众生活等方面均有广泛应用。当前主流锂离子电池主要使用石墨作为负极材料，过渡金属氧化物作为正极材料。然而过渡金属氧化物存在毒性大、资源稀缺且不可再生等问题。自由基化乙烯马来酸酐共聚物自身携带的自由基官能团具有独特的氧化还原性质，应用于电池正极材料中具有功率密度高、循环寿命长、可修饰性强、质轻环保等优势，日益受到人们的关注。
[0003]然而，目前自由基化乙烯马来酸酐共聚物复合电极材料的制备普遍采用刮涂法，即将含有自由基化乙烯马来酸酐共聚物、导电碳材料和粘结剂的混合浆料刮涂于铝箔、泡沫镍、碳布等基底上经烘干而得，存在工艺复杂、力学性能差、能量密度低等问题。该类电极中非活性成分占比较高(譬如基底和粘结剂)，导致电极能量密度降低；涂层与基底作用力较弱，经多次弯折变形后涂层易脱落；涂层厚度有限，不利于制备高载量电极材料。并且，目前对于自由基化乙烯马来酸酐共聚物的研究主要聚焦于自由基化乙烯马来酸酐共聚物的设计合成，而对于柔性自由基化乙烯马来酸酐共聚物复合电极材料的研究鲜有报道。
[0004]因此，开发一种柔性自由基化乙烯马来酸酐共聚物复合电极材料，提高电极材料的能量密度、力学性能和电化学性能，对于电极材料的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种复合电极材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高电极材料的能量密度、力学性能和电化学性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术目的之一是提供一种复合电极材料，所述复合电极材料由自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管组成。
[0008]进一步地，所述自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管的质量比为 9:1
‑
81。
[0009]进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。
[0010]进一步地，所述自由基化乙烯马来酸酐共聚物平均每个重复单元包含 1.02个氮氧自由基，其作为电极活性成分的理论比容量为93.35mAh/g。
[0011]进一步地，所述自由基化乙烯马来酸酐共聚物的结构式为：
[0012][0013]n＝900
‑
4600。
[0014]进一步地，所述复合电极材料为三维二元共连续相结构。
[0015]本专利技术目的之二是提供上述复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管于有机溶剂中混合均匀，浇铸于模具中，待有机溶剂挥发完全，得到复合电极材料。
[0017]进一步地，所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、六氟异丙醇、 N
‑
甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
[0018]本专利技术利用自由基化乙烯马来酸酐共聚物分子链上存在的大量羧基与碳纳米管较强的相互作用，破坏碳纳米管间的团聚力，提高碳纳米管的分散性，有利于自由基化乙烯马来酸酐共聚物与碳纳米管进行均匀复合，从而形成均匀稳定的三维二元共连续相结构。一方面赋予自由基化乙烯马来酸酐共聚物/碳纳米管复合材料良好的各向导电性质，构筑贯穿自由基化乙烯马来酸酐共聚物的电子/离子通道，有利于充分发挥自由基化乙烯马来酸酐共聚物的储能功能；另一方面赋予自由基化乙烯马来酸酐共聚物/碳纳米管复合材料良好的力学性质，使其表现出良好的柔性和耐形变性质。
[0019]本专利技术公开了以下技术效果：
[0020]本专利技术制备的复合电极材料无需额外添加粘结剂，也无需铝箔等基底，大大降低了电极材料中非活性成分的含量，能显著提高电极材料的能量密度。
[0021]本专利技术制备的复合电极材料为柔性自支撑复合材料，不受刮涂法涂层厚度的限制，有利于制备高载量复合电极材料；且该复合材料具有良好的柔性和耐形变性质，使其在柔性便携式电子设备中具有重要的应用价值。
[0022]本专利技术制备的复合电极材料组分简单，活性成分含量高，操作方便，复合材料结构与性能易于调控，可大量制备。
[0023]本专利技术突破了以往自由基化乙烯马来酸酐共聚物复合电极材料活性成分含量低、结构笨重、力学性能差、工艺繁琐等局限，制备出具有良好力学性质、优异电化学性能的柔性自由基化乙烯马来酸酐共聚物/碳纳米管复合电极材料，为新型柔性电子器件的发展提供重要的研究价值。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例1制备的33％wt复合电极材料的扫描电子显微镜图；
[0026]图2为实施例2制备的44％wt复合电极材料的扫描电子显微镜图；
[0027]图3为实施例3制备的50％wt复合电极材料的扫描电子显微镜图；
[0028]图4为对比例1制备的电极材料的扫描电子显微镜图；
[0029]图5为实施例2制备的44％wt复合电极材料的外观照片；
[0030]图6为实施例1
‑
3及对比例1所制备的复合电极材料的应力
‑
应变曲线；
[0031]图7为实施例1
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3及对比例1所制备的复合电极材料的电导率；
[0032]图8为实施例2制备的44％wt复合电极材料的电阻变化率随弯折次数的变化趋势图；
[0033]图9为实施例1
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3及对比例1所制备的复合电极材料在0.1mV/s扫速下的循环伏安扫描谱图；
[0034]图10为实施例1
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3所制备的复合电极材料在10C下的循环性能；
[0035]图11为实施例1
‑
3所制备的复合电极材料的倍率性能。
具体实施方式
[0036]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0037]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0038]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电极材料，其特征在于，所述复合电极材料由自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管组成。2.根据权利要求1所述的一种复合电极材料，其特征在于，所述自由基化乙烯马来酸酐共聚物和碳纳米管的质量比为9:1
‑
81。3.根据权利要求1所述的一种复合电极材料，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的一种复合电极材料，其特征在于，所述自由基化乙烯马来酸酐共聚物的结构式为：n＝900
‑
4600。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：章自寿，陈耀光，麦堪成，刘秀，杨康，李富镇，劳钲淇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：