一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法。首先制备多份活性物质、石墨烯分别与炭黑导电剂的混合料，之后加入适量的PVDF溶液来制备含有不同浓度PVDF的活性物质和石墨烯浆料，最后采用多次涂覆

【技术实现步骤摘要】
一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电池
，更具体地说，它涉及一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电池是一类储能器件，相较于传统的电池，具有可弯曲、折叠、压缩及扭曲等特点，在穿戴设备、电子医疗等领域具有很高的应用前景。距今已有一百多年的发展历史，最初对柔性电池的研究是基于碱性电池和全聚合物电池，后由于锂离子电池具有高能量密度、长寿命、低自放电率、快速充电和无记忆效应等优点，人们对柔性电池的研究转向锂离子电池。
[0003]柔性锂离子电池是在传统的锂离子电池上发展起来的，其最为核心的部件为电极，为了使电极具有柔性的特性，人们通常从本征和复合两个角度出发，研发具有柔性的电极或者将传统的电极材料涂覆在具有柔性特性的柔性基底上。如将氧化石墨烯和硅纳米颗粒混合后抽滤成膜来制备电极、以聚合物为基底将活性物质嵌入来制备电极等。虽然这些做法能实现在弯曲等条件下稳定的电源供应，但一些在阳极或者阴极中的柔性物质会由于高氧化或还原环境而发生降解，并且，想要制备具有极低弯曲半径(500
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1000μm)尺度的柔性电极通过上述方法难以实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法，该制备方法具有原料简单，制备方法简单高效，生产成本低，设备资金投入少等特点，并且该方法制备的力学梯度电极在保证高体积能量密度的前提下具有很好的柔性。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1.将活性材料、石墨烯分别和炭黑导电剂充分混合得到两种混合料，并将其都等分成四份；
[0007]S2.将聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末溶解在N
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甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，制备PVDF溶液；
[0008]S3.向S1中制备得到的四份活性材料混合料中加入S2中制备得到的PVDF溶液，得到PVDF含量不同的四份活性物质浆料；
[0009]向S1中制备得到的四份石墨烯混合料中加入S2中制备得到的PVDF溶液，得到PVDF含量不同的四份石墨烯浆料；
[0010]使用搅拌脱泡机把每一份浆料进行充分混合，之后向每一份浆料中加入NMP，使每一份浆料的粘度保持一致；
[0011]S4.使用刮刀将PVDF含量最少的活性物质浆料刮在集流体上，刮涂完毕放入烘箱中干燥，得到单层电极一；
[0012]使用刮刀将PVDF含量最少的石墨烯浆料刮在集流体上，刮涂完毕放入烘箱中干燥，得到单层电极二；
[0013]S5.依次换用涂覆缝隙更大的刮刀，将余下的三份活性物质浆料按PVDF含量从小到大的顺序重复S4中操作，最终得到力学梯度电极一；
[0014]依次换用涂覆缝隙更大的刮刀，将余下的三份石墨烯浆料按PVDF含量从小到大的顺序重复S4中操作，最终得到力学梯度电极二。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述活性材料用于制备正极，石墨烯用于制备负极。以石墨烯作为电池的负极材料，这是由于石墨烯具有高稳定性、高导电率、高比表面积以及高柔性。
[0016]本专利技术进一步设置为：所述S1中的活性材料和炭黑导电剂的质量比例为96:4，石墨烯和炭黑导电剂的质量比例为96:4。加入炭黑导电剂作业是提高导电性、改善机械性能及稳定性能。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述S1中的活性材料为NCM111。NCM111是一种具有高能量密度，高循环稳定性，低自放电率，且成本相对较低的活性材料。
[0018]本专利技术进一步设置为：所述S2中PVDF的质量浓度为5％。浓度较大，体系的粘度较大，不利于后续操作，浓度较小，粘度较小，也不利于后续的涂覆操作，还导致了NMP的浪费。
[0019]本专利技术进一步设置为：所述S3中活性物质浆料中PVDF的含量分别为2％、3.5％、5％和6.5％；石墨烯浆料中PVDF的含量为2.5％、4.5％、5％和7％。PVDF的含量过高会降低电极的比表面积和孔隙率，降低电极与电解质的接触面积和电荷传输效率，从而影响电池的放电性能和循环寿命。含量过低会使得电极的柔性等机械性能下降。
[0020]本专利技术进一步设置为：控制S3中浆料在搅拌脱泡机中循环三次共90分钟。
[0021]本专利技术进一步设置为：所述S4中的涂覆活性物质浆料的集流体为铝箔，用于涂覆石墨烯浆料的集流体为铜箔。
[0022]本专利技术进一步设置为：所述S4中刮涂活性物质浆料的刮刀的涂覆缝隙为50μm，刮涂石墨烯浆料的刮刀的涂覆缝隙为75μm。
[0023]本专利技术进一步设置为：S4中烘箱的温度为50℃。
[0024]本专利技术进一步设置为：所述S5中用于刮涂活性物质浆料的刮刀的涂覆缝隙分别为75、100和150μm，用于刮涂石墨烯浆料的刮刀的覆缝隙分别为100、150和200μm。
[0025]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术在整个制备过程所用原料与传统的锂离子电池电极的一致，在原料上不需要其他的投入，相较于其他柔性电极具有成本低、工艺简单、绿色环保等优点。
[0027]2、本专利技术的制备工艺简单，不需要特殊设备，可实现大规模生产和基于传统电极的产业转型。
[0028]3、本专利技术制备得到的电极能量密度高，使用寿命长，耐弯曲性能优异。
附图说明
[0029]图1为电极的弯曲性能测试时弯曲半径的量化方法示意图；
[0030]图2为电极的弯曲性能测试；
[0031]图3为电极基于纽扣电池的电化学性能测试；
[0032]图4为电极基于纽扣电池的稳定性测试；
[0033]图5为电极基于软包全电池的电化学性能测试及稳定供电情况；
[0034]图6为经折叠后的软包全电池的充放电曲线。
具体实施方式
[0035]以下结合附图1
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6对本专利技术作进一步详细说明。
[0036]实施例：一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法，以NMP为溶剂，制备质量分数为5％的PVDF溶液。将NCM111、石墨烯分别与炭黑导电剂以质量比为96:4的比例进行混合得到混合料，并将其都等分为四份。通过计算，将适量体积的PVDF溶剂加入混合料中，保证NCM111混合料中PVDF的质量分数(不计NMP的质量)分别为2％、3.5％、5％和6.5％，石墨烯混合料中PVDF的质量分数(不计NMP的质量)分别为2.5％、4.5％、5％和7％，通过行星离心混合三个周期(总计90分钟)得到浆料，并向浆料中加入适量的NMP溶液，使得所有浆料的粘度保持一致。以铝箔为基底将NCM111浆料以PVDF含量由小到大的顺序进行4次涂覆
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干燥(50℃)，刮刀的涂覆缝隙分别位50、75、100和150μm，最终制备得到力学梯度正极(下称上梯度正极)，其厚度(不包含铝箔厚度)为7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法，其特征是：包括以下步骤：S1.将活性材料、石墨烯分别和炭黑导电剂充分混合得到两种混合料，并将其都等分成四份；S2.将PVDF粉末溶解在NMP溶液中，制备PVDF溶液；S3.向S1中制备得到的四份活性材料混合料中加入S2中制备得到的PVDF溶液，得到PVDF含量不同的四份活性物质浆料；向S1中制备得到的四份石墨烯混合料中加入S2中制备得到的PVDF溶液，得到PVDF含量不同的四份石墨烯浆料；使用搅拌脱泡机把每一份浆料进行充分混合，之后向每一份浆料中加入NMP，使每一份浆料的粘度保持一致；S4.使用刮刀将PVDF含量最少的活性物质浆料刮在集流体上，刮涂完毕放入烘箱中干燥，得到单层电极一；使用刮刀将PVDF含量最少的石墨烯浆料刮在集流体上，刮涂完毕放入烘箱中干燥，得到单层电极二；S5.依次换用涂覆缝隙更大的刮刀，将余下的三份活性物质浆料按PVDF含量从小到大的顺序重复S4中操作，最终得到力学梯度电极一；依次换用涂覆缝隙更大的刮刀，将余下的三份石墨烯浆料按PVDF含量从小到大的顺序重复S4中操作，最终得到力学梯度电极二。2.根据权利要求1所述的一种应用于柔性电池的力学梯度电极的制备方法，其特征是：所述活性材料用于制备正极，石墨烯用于制备负极。3.根据权利要求1所述的一种应用于柔性电...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛翔，娄亮，熊一舸，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：