碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極及其制備方法屬于鋰離子電池電極技術領域。現有技術中的金屬氧化物是被包裹在碳納米纖維內部，這樣將不利于所述金屬氧化物作為活性物質與電解液的接觸和鋰離子的脫嵌過程；再有，所述金屬氧化物為Fe2O3、Fe3O4、Co3O4等，這類金屬氧化物具有脫嵌鋰電位較高的缺點。本發明專利技術其特征在于，首先，制備柔性碳納米纖維網，包括靜電紡絲，聚合物納米纖維網預氧化和高溫煅燒；其次，制備碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜，將所述柔性碳納米纖維網置于KMnO4溶液中，在反應溫度為150～200℃、反應時間為30～60分鐘工藝條件下完成高溫反應；第三，裁剪成碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種碳纖維附著MnO2，屬于鋰離子電池電極
技術介紹
鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、循環穩定性好和環境友好等突出優點，成為便攜式電子產品的主導化學電源。隨著柔性和可穿戴式移動電子設備的發展，對鋰離子電池提出了可彎曲或折疊以及輕薄化的要求，具有這種特點的鋰離子電池稱為柔性鋰離子電池，柔性鋰離子電池的主要技術要求是要有柔性電極，包括柔性負極。柔性電極具有自支撐結構，可以裁剪，直接用作鋰離子電池電極。其制作方法克服了非柔性電極制作方法的缺陷，同時，柔性電極本身的能量密度和安全性能得到大幅提升?，F有一種柔性負極制作方法是采用靜電紡絲技術，結合后續的高溫煅燒工藝，制作出金屬氧化物與碳納米纖維復合薄膜，這種復合薄膜能夠直接作為鋰離子電池柔性負極，不僅具有優異的電化學性能，而且實現了柔性化、輕薄化。然而，在所述現有技術中，所述金屬氧化物是被包裹在碳納米纖維內部，這樣將不利于所述金屬氧化物作為活性物質與電解液的接觸和鋰離子的脫嵌過程;再有，所述金屬氧化物為Fe203、Fe304、CO304等，這類金屬氧化物具有脫嵌鋰電位較高的缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的在于開發一種具有脫嵌鋰電位低的金屬氧化物負載在碳納米纖維表面的鋰離子電池柔性負極。本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極是一種金屬氧化物與碳納米纖維復合薄膜，其特征在于，所述金屬氧化物為Μηθ2，所述Μηθ2的形態為納米線，所述納米線附著在所述碳納米纖維表面，形成納米線與碳納米纖維復合纖維，所述復合纖維的直徑為300?400nm。本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法其特征在于:—、柔性碳納米纖維網的制備將聚丙烯腈或聚乙烯醇溶入溶劑中得到靜電紡絲液；以所述靜電紡絲液為原料，在紡絲電壓為15?20kV、紡絲距離為14?20cm的工藝條件下完成靜電紡絲，得到聚合物納米纖維網；將得到的聚合物納米纖維網在煅燒溫度為245?255°C、煅燒時間為I?2小時工藝條件下完成預氧化，得到預氧化納米纖維網；再在煅燒溫度為600?800°C、煅燒時間為2?4小時、保護氣氛工藝條件下完成高溫煅燒，得到柔性碳納米纖維網； 二、碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜的制備將所述柔性碳納米纖維網置于KMnO4溶液中，柔性碳納米纖維網與KMnO4的質量比為1:1?1:2，得到反應液;將得到的反應液在反應溫度為150?200°C、反應時間為30?60分鐘工藝條件下完成高溫反應，得到碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜；三、碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極的制備所述碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜經尺寸裁剪即成為碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極。本專利技術其技術效果如下所述。在本專利技術之產物碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極中，MnO2納米線纏繞附著在碳納米纖維表面，形成具有次級核殼結構的金屬氧化物納米線與碳納米纖維復合纖維，金屬氧化物取得其應有的鋰離子電池柔性負極主導導電體地位，具有這一主導地位的金屬氧化物作為活性物質與電解液保持充分的接觸，有利于鋰離子的嵌入和脫嵌;另外，在復合纖維中，碳納米纖維一方面作為導電基底，增強MnO2納米線的導電性，提高電子和鋰離子的迀移率，另一方面還可以作為緩沖介質，緩解MnO2納米線本身的自聚集和因鋰離子脫嵌導致的體積膨脹而出現的粉化、破碎現象，提高了鋰離子電池柔性負極的循環性能；再有，MnO2具有理論比容量高、密度高、脫嵌鋰電位低和電壓滯后小等特點，這使得鋰離子電池柔性負極的倍率等性能得到全面改善?！靖綀D說明】圖1是本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法制備的碳納米纖維的掃描電子顯微鏡圖片。圖2是本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法制備的MnO2納米線與碳納米纖維復合纖維的掃描電子顯微鏡圖片，該圖同時作為摘要附圖。圖3是本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法制備的MnO2納米線與碳納米纖維復合纖維的X射線衍射曲線圖。圖4為本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法制備的MnO2納米線與碳納米纖維復合纖維的X射線光電子能譜曲線圖。圖5為本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極在50mA/g電流密度下的充放電曲線圖，圖中，實線為第一次充放電曲線，虛線為第五十次充放電曲線。圖6為本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極在50mA/g電流密度下150次循環性能圖?！揪唧w實施方式】本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極是一種金屬氧化物與碳納米纖維復合薄膜。所述金屬氧化物為Μηθ2，所述Μηθ2的形態為納米線，所述納米線附著在所述碳納米纖維表面，形成納米線與碳納米纖維復合纖維，所述碳納米纖維直徑為180?250nm，所述復合纖維的直徑為300?400nmo本專利技術之碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極制備方法其【具體實施方式】如下所述:一、柔性碳納米纖維網的制備將聚丙烯腈或聚乙烯醇溶入溶劑中攪拌均勻后得到靜電紡絲液，所述溶劑為N，N_二甲基甲酰胺或者水。以所述靜電紡絲液為原料，在紡絲電壓為15?20kV、紡絲距離為14?20cm的工藝條件下完成靜電紡絲，在鋁箔收集屏上得到聚合物納米纖維網。將得到的聚合物納米纖維網在煅燒溫度為245?255°C、煅燒時間為I?2小時工藝條件下完成預氧化，煅燒設備為馬弗爐，爐溫從室溫以I?1.5°C/min的升溫速率升至煅燒溫度，得到預氧化納米纖維網。再在煅燒溫度為600?800°C、煅燒時間為2?4小時、保護氣氛工藝條件下完成高溫煅燒，煅燒設備為管式爐，爐溫從室溫以I?1.5°C/min的升溫速率升至煅燒溫度，由氬氣或者氮氣形成保護氣氛，得到柔性碳納米纖維網。二、碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜的制備在反應釜中將所述柔性碳納米纖維網置于ΚΜηθ4溶液中，靜止I小時，柔性碳納米纖維網與ΚΜηθ4的質量比為1:1?1: 2，得到反應液。將裝有反應液的反應爸置于烘箱中，在反應溫度為150?200°C、反應時間為30?60分鐘工藝條件下完成高溫反應，所發生的化學反應為:4Mn〇4—+3C+H20—4Mn02+C032—+2HC03—反應結束后，反應釜隨烘箱冷卻至室溫，得到碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜，用去離子水沖洗，干燥處理。三、碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極的制備所述碳納米纖維表面附著MnO2納米線的柔性復合纖維薄膜經尺寸裁剪即成為碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極。下面進一步舉例說明本專利技術。[00當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種碳纖維附著MnO2的鋰離子電池柔性負極是一種金屬氧化物與碳納米纖維復合薄膜，其特征在于，所述金屬氧化物為MnO2，所述MnO2的形態為納米線，所述納米線附著在所述碳納米纖維表面，形成納米線與碳納米纖維復合纖維，所述復合纖維的直徑為300～400nm。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王恒國，段潛，李艷輝，高波，常晶晶，李艷偉，左青卉，
申請(專利權)人：長春理工大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22
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