CN116314624A - 一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 - Google Patents
一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116314624A CN116314624A CN202310266285.2A CN202310266285A CN116314624A CN 116314624 A CN116314624 A CN 116314624A CN 202310266285 A CN202310266285 A CN 202310266285A CN 116314624 A CN116314624 A CN 116314624A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- positive electrode
- aerogel
- carbon aerogel
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 49
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 43
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 14
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims abstract description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 32
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 27
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims description 20
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 18
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 16
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 16
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 8
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 7
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 4
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 4
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 4
- QWUGXIXRFGEYBD-UHFFFAOYSA-M ethylmercuric chloride Chemical compound CC[Hg]Cl QWUGXIXRFGEYBD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 8
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0052—Preparation of gels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
- H01M10/0427—Button cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/023—Gel electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，属于锂离子电池的技术领域，解决了现有技术中存在的对柔性电池微型化需求的技术问题。本方法包括：将锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1‑甲基‑2‑吡咯烷酮溶液中制备正极浆料，均匀涂抹在铝箔上，干燥后即得到正极电极片；将碳气凝胶和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1‑甲基‑2‑吡咯烷酮溶液中制备负极浆料，均匀涂抹在铜箔上，干燥后即得到负极电极片；正极电极片、隔膜、负极电极片依次叠放制得电池主体；电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法。
背景技术
随着各种可变形移动电子设备的出现，为其供电的可变形柔性储能器件受到了广泛的关注。目前研究较多的柔性储能器件为柔性超级电容器，但是低能量密度严重限制了其实际应用场景。柔性锂离子电池不仅具有高能量密度的优势，而且拥有工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优势，是21世纪发展的理想储能器件。然而，传统圆柱或方形全电池以不锈钢材料为电池外壳，明显无法满足当下柔性形变的要求，因此制备软包电池成为制备柔性锂离子电池的必然要求。
此外，随着可穿戴电子产品的日益盛行，对柔性储能器件又提出了轻质化，微型化等要求。电极材料是柔性储能器件的重要组成部分，针对目前轻质化的需求，世界上密度最小的固体—气凝胶吸引了广泛的关注。其中碳气凝胶是由有机气凝胶经固相碳化反应而生成的一种具有交联状结构的新型纳米多孔碳素材料，是唯一具有导电性和化学稳定性的气凝胶。其密度变化范围广，结构可调，孔隙率达80％～99.8％，孔径一般＜50nm，比表面积高达400～3000m2/g，综合性能优于传统石墨等碳材料。这种特殊结构的材料具有广泛的应用前景，尤其是在电化学上作为电极材料具有优异的性能。
综上所述，制备以碳气凝胶为负极材料的微型软包柔性锂离子电池，很好地满足了当下电子产品对微型化的柔性电池储能器件的需求，具有深远的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，解决了现有技术中存在的对柔性电池微型化需求的技术问题。
本发明提供的一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，包括：将锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备正极浆料，均匀涂抹在铝箔上，干燥后即得到正极电极片；
将碳气凝胶和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备负极浆料，均匀涂抹在铜箔上，干燥后即得到负极电极片；
正极电极片、隔膜、负极电极片依次叠放制得电池主体；
电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装。
进一步的，所述将锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备正极浆料，均匀涂抹在铝箔上，干燥后即得到正极电极片的步骤中，锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为8：1：1。
进一步的，所述将碳气凝胶和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备负极浆料，均匀涂抹在铜箔上，干燥后即得到负极电极片的步骤中，碳气凝胶和聚偏二氟乙烯的质量比为9：1。
进一步的，所述正极电极片、隔膜、负极电极片依次叠放制得电池主体步骤中，所述隔膜为微孔隔膜。
进一步的，所述电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装的步骤中，
所述电池外壳为铝塑膜；
所述电解液为六氟磷酸锂电解质溶于乙基纤维素和氯化乙基汞混合有机溶剂中，其中乙基纤维素与氯化乙基汞的体积比为1：1。
进一步的，所述电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装的步骤中，柔性锂离子电池的封装过程在全封闭氩气保护下的手套箱中进行。
第二方面，本发明还提供一种碳气凝胶的制备方法，包括：
以间苯二酚和甲醛为前驱体，碳酸钠为催化剂，水为溶剂，经溶胶凝胶，老化，溶剂替换，得到RF有机湿凝胶；
常压干燥过程后得到RF气凝胶；
RF气凝胶进行高温碳化及气体活化处理制得纳米多孔碳气凝胶。
进一步的，所述以间苯二酚和甲醛为前驱体，碳酸钠为催化剂，水为溶剂，经溶胶凝胶，老化，溶剂替换，常压干燥过程后得到RF气凝胶的步骤中，
间苯二酚和甲醛的摩尔比为1：2；
碳酸钠的浓度为0.05mol/L。
进一步的，所述溶胶老化的时间为72h，老化温度为80℃。
进一步的，所述RF气凝胶进行高温碳化及气体活化处理制得纳米多孔碳气凝胶的步骤中，
所述RF气凝胶进行高温碳化的时间为4h，碳化的温度为1050℃；
所述RF气凝胶气体活化的时间为4h，碳化的温度为1050℃。
本发明提供的一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，该柔性锂离子电池由柔性电池外壳和电池主体组成，所述柔性电池外壳采用铝塑膜作为封装材料，所述电池主体由正极电极片、隔膜、负极电极片构成，所述正极电极片采用锰酸锂作为活性物质，所述负极电极片采用不同配比的碳气凝胶作为活性物质，整个制备和测试过程简单易行，安全高效，电化学测试结果显示该柔性锂离子电池有效克服了传统纽扣电池的诸多缺点，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例提供的制备的碳气凝胶样品的SEM图，放大倍数10000倍；
图2为本发明实施例提供的制备的锂离子柔性电池示意图；
图3为本发明实施例提供的制备的锂离子柔性电池的恒流充放电曲线图；
附图说明，1-铝极耳，2-镍极耳，3-电池外壳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，包括：
步骤S1:将活性物质锰酸锂，导电剂乙炔黑和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)均匀混合并溶解至1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中形成电极浆料，均匀涂覆于铝箔上，干燥后得到正极电极片。
步骤S2：将活性物质碳气凝胶和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)均匀混合并溶解至1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中形成电极浆料，均匀涂覆于铜箔上，干燥后得到负极电极片。
步骤S3：分别在正极电极片上连接铝极耳，负极电极片上连接镍极耳。将所述正极电极片，隔膜(美国Celgard2500)，所述负极电极片依次叠放制备电池主体。
步骤S4：将所述电池主体置于柔性电池外壳内，在全封闭氩气保护的手套箱中向电池外壳加入电解液，完成封装。
一种碳气凝胶的制备方法，包括：
步骤A1：将间苯二酚、甲醛以及碳酸钠充分溶解于去离子水中，封装到称量瓶中，经80℃，72h凝胶老化处理，得到RF有机湿凝胶。
步骤A2：常压室温下以丙酮替换凝胶中的水三次，每24h一次，待丙酮自然挥发完全，即得RF有机气凝胶。
步骤A3：在氮气的保护气氛中，1050℃高温碳化4h，再经1050℃二氧化碳气体活化技术，得到制备电极所需的轻质多孔碳气凝胶材料。
实施例1，
步骤S1具体包括:以间苯二酚和甲醛为反应物，将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合，以0.05mol/L的碳酸钠溶液为催化剂；间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1500；去离子水作溶剂，溶液质量分数为30％，搅拌均匀，密封后置于烘箱中，80℃处理72h，生成RF有机湿凝胶。
将样品浸泡在丙酮中进行溶剂替换72小时，其间每隔24小时更换一次丙酮。待丙酮自然挥发完全之后，即得RF有机气凝胶。之后按照一定的碳化曲线在氮气保护下进行碳化，得到具有三维孔洞结构的碳气凝胶(CRF)。
步骤S2具体包括:将高温碳化所得的碳气凝胶碾磨成粉末并使用200目筛子过滤，把碳气凝胶粉末和聚偏二氟乙烯(PVDF)按一定比例混合(CRF:PVDF＝9:1)，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铜箔上。在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铜箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在负极电极片上连接镍片极耳。
步骤S3具体包括:将购买的商用锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比为8：1：1混合，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铝箔上。在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铝箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在正极电极片上连接铝片极耳。
步骤S4具体包括:将裁剪好的正极电极片，隔膜(Celgard 2500)，负极电极片依次叠放在一起组成电池主体，然后将其置于铝塑膜中，接着用封装机将铝塑膜外壳的三面密封，最后将铝塑膜放入手套箱(德国Unilab，保持手套箱中水和氧气的含量都少于1ppm)中，向未封口的一面注入1mol/L的LiPF6电解液(LiPF6溶于有机溶剂，有机溶剂为EC∶EMC＝1∶1，其中1∶1为体积比)，密封该面完成柔性锂离子电池的组装，最后进行电化学测试。
实施例2，
步骤S1具体包括:以间苯二酚和甲醛为反应物，将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合，以0.05mol/L的碳酸钠溶液为催化剂，间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1500，去离子水作溶剂，溶液质量分数为40％，搅拌均匀，密封后置于烘箱中，在80℃处理72小时，最后生成RF有机湿凝胶。
将样品浸泡在丙酮中进行溶剂替换72小时，其间每隔24小时更换一次丙酮。待丙酮自然挥发完全之后，即得RF有机气凝胶。
之后按照一定的碳化曲线在氮气保护下进行碳化，得到具有三维孔洞结构的碳气凝胶(CRF)；
步骤S2具体包括:将高温碳化所得的碳气凝胶碾磨成粉末并使用200目筛子过滤，把碳气凝胶粉末和聚偏二氟乙烯(PVDF)按一定比例混合(CRF:PVDF＝9:1)，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铜箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铜箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在负极电极片上连接镍片极耳。
步骤S3具体包括:将购买的商用锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比为8：1：1混合，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铝箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铝箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在正极电极片上连接铝片极耳。
步骤S4具体包括:将裁剪好的正极电极片，隔膜(Celgard 2500)，负极电极片依次叠放在一起组成电池主体，然后将其置于铝塑膜中，接着用封装机将铝塑膜外壳的三面密封，最后将铝塑膜放入手套箱(德国Unilab，保持手套箱中水和氧气的含量都少于1ppm)中，向未封口的一面注入1mol/L的LiPF6电解液(LiPF6溶于有机溶剂，有机溶剂为EC∶EMC＝1∶1，其中1∶1为体积比)，密封该面完成柔性锂离子电池的组装，最后进行电化学测试。
实施例3，
步骤S1具体包括:以间苯二酚和甲醛为反应物，将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合，以0.05mol/L的碳酸钠溶液为催化剂，间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1000，去离子水作溶剂，溶液质量分数为30％，搅拌均匀，密封后置于烘箱中，在80℃处理72小时，最后生成RF有机湿凝胶。
将样品浸泡在丙酮中进行溶剂替换72小时，其间每隔24小时更换一次丙酮。待丙酮自然挥发完全之后，即得RF有机气凝胶。
之后按照一定的碳化曲线在氮气保护下进行碳化，得到具有三维孔洞结构的碳气凝胶(CRF)。
步骤S2具体包括:将高温碳化所得的碳气凝胶碾磨成粉末并使用200目筛子过滤，把碳气凝胶粉末和聚偏二氟乙烯(PVDF)按一定比例混合(CRF:PVDF＝9:1)，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铜箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铜箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在负极电极片上连接镍片极耳。
步骤S3具体包括:将购买的商用锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比为8：1：1混合，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铝箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铝箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在正极电极片上连接铝片极耳；
步骤S4具体包括:将裁剪好的正极电极片，隔膜(Celgard 2500)，负极电极片依次叠放在一起组成电池主体，然后将其置于铝塑膜中，接着用封装机将铝塑膜外壳的三面密封，最后将铝塑膜放入手套箱(德国Unilab，保持手套箱中水和氧气的含量都少于1ppm)中，向未封口的一面注入1mol/L的LiPF6电解液(LiPF6溶于有机溶剂，有机溶剂为EC∶EMC＝1∶1，其中1∶1为体积比)，密封该面完成柔性锂离子电池的组装，最后进行电化学测试。
实施例4，
步骤S1具体包括:以间苯二酚和甲醛为反应物，将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合，以0.05mol/L的碳酸钠溶液为催化剂，间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为800，去离子水作溶剂，溶液质量分数为30％，搅拌均匀，密封后置于烘箱中，在80℃处理72小时，最后生成RF有机湿凝胶。
将样品浸泡在丙酮中进行溶剂替换72小时，其间每隔24小时更换一次丙酮。待丙酮自然挥发完全之后，即得RF有机气凝胶。
之后按照一定的碳化曲线在氮气保护下进行碳化，在氮气保护下进行碳化，得到具有三维孔洞结构的碳气凝胶(CRF)。
步骤S2具体包括:将高温碳化所得的碳气凝胶碾磨成粉末并使用200目筛子过滤，把碳气凝胶粉末和聚偏二氟乙烯(PVDF)按一定比例混合(CRF:PVDF＝9:1)，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铜箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铜箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在负极电极片上连接镍片极耳。
步骤S3具体包括:将购买的商用锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比为8：1：1混合，加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮调至一定的粘度，均匀涂抹在铝箔上。
在室温下自然干燥，然后放入真空干燥器中于80℃下真空干燥12小时。将涂覆好的铝箔裁剪成面积为3cm×5cm的电极片，并在正极电极片上连接铝片极耳。
步骤S4具体包括:将裁剪好的正极电极片，隔膜(Celgard 2500)，负极电极片依次叠放在一起组成电池主体，然后将其置于铝塑膜中，接着用封装机将铝塑膜外壳的三面密封，最后将铝塑膜放入手套箱(德国Unilab，保持手套箱中水和氧气的含量都少于1ppm)中，向未封口的一面注入1mol/L的LiPF6电解液(LiPF6溶于有机溶剂，有机溶剂为EC∶EMC＝1∶1，其中1∶1为体积比)，密封该面完成柔性锂离子电池的组装，最后进行电化学测试。
实施例1至实施例4能够达到以下技术效果：
1、本发明采用高性能的轻质碳气凝胶材料作为负极活性物质，满足当代对轻质化柔性储能器件的要求；高性能电极材料的选用促进了电子器件高度集成化，满足柔性储能器件的微型化需求。
2、本发明采用间苯二酚和甲醛为前驱体反应物，碳酸钠溶液为催化剂，通过溶胶-凝胶法制备有机湿凝胶；通过溶剂替换，以常压干燥技术代替传统的超临界干燥技术，简单易行，降低了实验风险和成本；采用二氧化碳气体活化技术，大大提高碳气凝胶的比表面积和孔洞率。
3、本发明采用碳气凝胶粉末作为负极活性物质，以锰酸锂作为正极活性物质，铝塑膜为电池外壳，在全封闭的氩气保护下的手套箱中加入电解液，封装锂离子软包电池，整个过程操作简单易行，安全高效。
本发明从前期活性材料的制备，到后期软包电池的组装成型，均对环境要求不高，整个过程简单易行。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的***、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：
将锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备正极浆料，均匀涂抹在铝箔上，干燥后即得到正极电极片；
将碳气凝胶和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备负极浆料，均匀涂抹在铜箔上，干燥后即得到负极电极片；
正极电极片、隔膜、负极电极片依次叠放制得电池主体；
电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备正极浆料，均匀涂抹在铝箔上，干燥后即得到正极电极片的步骤中，锰酸锂，乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为8：1：1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将碳气凝胶和聚偏二氟乙烯研磨均匀，并溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中制备负极浆料，均匀涂抹在铜箔上，干燥后即得到负极电极片的步骤中，碳气凝胶和聚偏二氟乙烯的质量比为9：1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述正极电极片、隔膜、负极电极片依次叠放制得电池主体步骤中，所述隔膜为微孔隔膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装的步骤中，
所述电池外壳为铝塑膜；
所述电解液为六氟磷酸锂电解质溶于乙基纤维素和氯化乙基汞混合有机溶剂中，其中乙基纤维素与氯化乙基汞的体积比为1：1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电池主体置于柔性电池外壳内，并向其中加入电解液，完成柔性锂离子电池的封装的步骤中，柔性锂离子电池的封装过程在全封闭氩气保护下的手套箱中进行。
7.一种应用于权利要求1-6任意一项所述的方法中的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
以间苯二酚和甲醛为前驱体，碳酸钠为催化剂，水为溶剂，经溶胶凝胶，老化，溶剂替换，得到RF有机湿凝胶；
常压干燥过程后得到RF气凝胶；
RF气凝胶进行高温碳化及气体活化处理制得纳米多孔碳气凝胶。
8.根据权利要求7所述的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述以间苯二酚和甲醛为前驱体，碳酸钠为催化剂，水为溶剂，经溶胶凝胶，老化，溶剂替换，常压干燥过程后得到RF气凝胶的步骤中，
间苯二酚和甲醛的摩尔比为1：2；
碳酸钠的浓度为0.05mol/L。
9.根据权利要求8所述的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶胶老化的时间为72h，老化温度为80℃。
10.根据权利要求7所述的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述RF气凝胶进行高温碳化及气体活化处理制得纳米多孔碳气凝胶的步骤中，
所述RF气凝胶进行高温碳化的时间为4h，碳化的温度为1050℃；
所述RF气凝胶气体活化的时间为4h，碳化的温度为1050℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310266285.2A CN116314624A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310266285.2A CN116314624A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116314624A true CN116314624A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86833874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310266285.2A Pending CN116314624A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116314624A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101376498A (zh) * | 2008-10-07 | 2009-03-04 | 同济大学 | 一种碳气凝胶及以其作负极的锂离子纽扣电池的制备方法 |
| CN201294156Y (zh) * | 2008-09-12 | 2009-08-19 | 东莞市迈科科技有限公司 | 一种软包装电化学电容器 |
| KR20090118200A (ko) * | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 엠파워(주) | 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된카본 에어로겔 |
| CN101847513A (zh) * | 2010-02-26 | 2010-09-29 | 上海奥威科技开发有限公司 | 一种长寿命负极片的制备工艺及使用该负极片的电容电池 |
| CN102496703A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-06-13 | 天津得瑞丰凯新材料科技有限公司 | 锂电池用多元掺杂碳负极活性材料、负电极及其制备方法 |
| CN109075309A (zh) * | 2016-11-23 | 2018-12-21 | 皓智环球有限公司(中国香港) | 制备用于二次电池的阳极浆料的方法 |
-
2023
- 2023-03-17 CN CN202310266285.2A patent/CN116314624A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090118200A (ko) * | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 엠파워(주) | 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된카본 에어로겔 |
| CN201294156Y (zh) * | 2008-09-12 | 2009-08-19 | 东莞市迈科科技有限公司 | 一种软包装电化学电容器 |
| CN101376498A (zh) * | 2008-10-07 | 2009-03-04 | 同济大学 | 一种碳气凝胶及以其作负极的锂离子纽扣电池的制备方法 |
| CN101847513A (zh) * | 2010-02-26 | 2010-09-29 | 上海奥威科技开发有限公司 | 一种长寿命负极片的制备工艺及使用该负极片的电容电池 |
| CN102496703A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-06-13 | 天津得瑞丰凯新材料科技有限公司 | 锂电池用多元掺杂碳负极活性材料、负电极及其制备方法 |
| CN109075309A (zh) * | 2016-11-23 | 2018-12-21 | 皓智环球有限公司(中国香港) | 制备用于二次电池的阳极浆料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄舜天 等: "碳气凝胶在电化学领域中的应用研究进展", 材料导报, vol. 32, 31 May 2018 (2018-05-31), pages 10 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109638344B (zh) | 有机凝胶聚合物电解液、制备方法、应用、钠基双离子电池及其制备方法 | |
| JP5206758B2 (ja) | 負極材料、金属二次電池、および負極材料の製造方法 | |
| CN108172833B (zh) | 锌基双离子电池及其制备方法 | |
| EP2835855B1 (en) | Lithium-air battery and preparation method therefor | |
| CN103280601B (zh) | 一种锂硫电池的制造方法 | |
| CN101868873A (zh) | 非水电解质二次电池的多孔网状负极 | |
| CN110729439A (zh) | 一种涂覆型MOFs/有机复合隔膜的制备方法 | |
| CN103515595A (zh) | 硫/聚吡咯-石墨烯复合材料、其制备方法、电池正极以及锂硫电池 | |
| CN108649240B (zh) | 一种燃料电池 | |
| CN107706378B (zh) | 基于富碳/氧官能团的高性能多孔锂硫电池正极材料的制备方法与应用 | |
| CN104157851A (zh) | 以硫化亚锡为锚定中心的锂硫电池及其正极的制备方法 | |
| CN111554905B (zh) | 一种氧化锌基碳复合纳米材料制备方法、产品及应用 | |
| CN116190633B (zh) | 层状氧化物正极材料、其制备方法、正极组合物、钠离子二次电池和用途 | |
| CN103490071B (zh) | 锂-聚苯胺二次电池及其制备方法 | |
| US20140356737A1 (en) | Lithium-Air Battery and Preparation Method Thereof | |
| CN112242590A (zh) | 一种锂硫电池中间层材料的制备方法及锂硫电池 | |
| JP2012253072A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
| CN116314624A (zh) | 一种基于碳气凝胶的微型柔性锂离子电池的制备方法 | |
| CN111384368A (zh) | 一种碳硒复合材料及其制备方法和在锂硒电池中的应用 | |
| JP4779327B2 (ja) | リチウム二次電池用電極およびこの電極を用いたリチウム二次電池 | |
| CN110571500B (zh) | 一种锂-硫半液流电池 | |
| CN111063885B (zh) | 水系钙离子电池正极材料、水系钙离子电池正极和水系钙离子电池 | |
| JP2022076603A (ja) | リチウム－硫黄系二次電池用電解液およびリチウム－硫黄系二次電池 | |
| CN113072056A (zh) | 一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法 | |
| CN112751014A (zh) | 一种基于层状钒氧化合物负极的水系储能电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |