一種包芯紗電極制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電極制備方法，具體涉及一種包芯紗電極制備方法，屬于電化學技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，智能集成服裝，眼鏡，手表的出現代表著電子消費品向著小型化、可穿戴、可折疊柔性的趨勢快速發展。這些智能穿戴設備將廣泛運用在醫療保健、環境保護、通訊以及軍事等方面。良好的市場前景，使得柔性智能穿戴設備已成為各大公司相互競爭的熱點。實現柔性智能穿戴設備的普及，首先需要解決的便是這些智能穿戴設備的電源問題，研發出與之相匹配的能量存儲系統如鋰離子電池為其供能十分必要。傳統的鋰離子電池由于電極的限制只能制備平面狀，其柔性和可編織性都不能滿足以上智能設備。與傳統鋰離子電池相比，線狀或纖維狀鋰離子電池具有輕便柔韌的性質，而且可以集成或編織成多種電子設備。線性鋰離子電池制備的關鍵是找到具有超強柔韌性，強機械性能，出色的導電性以及熱穩定性的纖維電極。如在2014年的文獻Nano Lett.第14期3432-3438頁公開的名稱為“Winding Aligned Carbon Nanotube Composite Yarns into Coaxial Fiber FullBatteries with High Performance”中將猛酸鋰粉末放置在碳納米管陣列上，通過干紡加捻制得碳納米管/錳酸鋰纖維電極，采用鋰絲為對電極組裝為半電池。除此之外，采用包覆有活性物質的導電纖維作為正負極組裝為全電池，如中國專利公開號CN 103904357 A,公開日為2014年7月2日，發明名稱為“一種可拉伸的線狀鋰離子電池及其制備方法”。采用碳納米管/錳酸鋰復合纖維作為正極，碳納米管/鈦酸鋰復合纖維作為負極，然后將正負極纖維分別纏繞在一根彈性橡膠上，再涂一層凝膠電解質，最后封裝，從而得到一種線狀鋰離子電池，該柔性電池采用將正負極未相互接觸的方式纏繞在彈性橡膠上，電極之間未放置隔膜，當該柔性電池彎曲幅度過大或用于編織時，電極之間可能會發生接觸，而引起短路。當前仍需要制備出更安全可靠的柔性電極。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種高安全性、柔性線狀包芯紗電極制備方法。
[0004]本發明的包芯紗電極采用以導電纖維為芯線，將含有鋰離子電池正極材料或負極材料的漿料采用涂敷的方法包覆在導電纖維上。再將紗線纏繞在表面包覆有漿料的導電纖維上，即可得到相應的包芯紗電極。制備方法按以下步驟進行:
a將導電纖維置于體積比為1:1~4:1的乙醇和丙酮的混合溶液中，超聲處理20~60min，然后用去離子水將超聲后的導電纖維清洗3~5次并烘干。
[0005]b將鋰離子電池正極材料或負極材料與乙炔黑與聚偏氟乙烯按質量比為8:1:1制備的漿料采用涂敷的方法包覆在經a步驟處理后的導電纖維上。
[0006]c將經步驟b得到的包覆有漿料的導電纖維作為芯線，紗線作為外皮，將紗線以45-70°的角度，100~1500rpm的繞線圈數纏繞在表面包覆有漿料的導電纖維上，既得所述包芯紗電極。
[0007]所述的導電纖維為不銹鋼絲纖維或鋁絲纖維或銅絲纖維或鈦絲纖維或鉬絲纖維或碳纖維中的一種。
[0008]所述鋰離子電池正極材料選自鈷酸鋰或磷酸鐵鋰或釩酸鋰或鈷鎳錳酸鋰或錳酸鋰；所述負極材料選自石墨或鈦酸鋰或硅或錫或錫基合金。
[0009]所述的紗線為棉紗或晴綸或錦綸或滌綸或氨綸或粘膠纖維中的一種。
[0010]由于采用了以上技術方案，本發明的一種包芯紗電極的制備方法，是將含有鋰離子正極材料或負極材料的漿料采用涂敷的方法包覆在導電纖維上，再將包覆漿料的導電纖維表面纏繞一層紗線形成“外皮”即得到包芯紗電極。該制備方法簡便易操作。包芯紗電極外層的紗線層起到傳統鋰離子電池隔膜的作用，即:將正、負極隔開同時不阻礙鋰離子的迀移，進而實現電極和隔膜一體化。在電池組裝過程中，不需要在正負電極之間放置隔膜，簡化了鋰離子電池組裝工藝。此外，該包芯紗電極具有良好的柔性能夠承受較大的形變，提高了電池的安全性能。通過以上技術制備的包芯紗電極具有良好的柔性，易于編織和集成，具有良好的應用前景。
【具體實施方式】
[0011]下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。
[0012]一種包芯紗電極制備方法，本發明的包芯紗電極采用以導電纖維為芯線，將含有鋰離子電池正極材料或負極材料的漿料采用涂敷的方法包覆在導電纖維上。再將紗線纏繞在表面包覆有漿料的導電纖維上，即可得到相應的包芯紗電極。制備方法按以下步驟進行:
a將導電纖維置于體積比為1:1~4:1的乙醇和丙酮的混合溶液中，超聲處理20~60min，然后用去離子水將超聲后的導電纖維清洗3~5次并烘干。
[0013]b將鋰離子電池正極材料或負極材料與乙炔黑與聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液按質量比為8:1:1混合，然后攪拌Sh制備的漿料采用涂敷的方法包覆在經a步驟處理后的導電纖維上。
[0014]c將經步驟b得到的包覆有漿料的導電纖維作為芯線，紗線作為外皮，將紗線以45-70°的角度，100~1500rpm的繞線圈數纏繞在表面包覆有漿料的導電纖維上，既得所述包芯紗電極。
[0015]所述的導電纖維為不銹鋼絲纖維或鋁絲纖維或銅絲纖維或鈦絲纖維或鉬絲纖維或碳纖維中的一種。
[0016]所述鋰離子電池正極材料選自鈷酸鋰或磷酸鐵鋰或釩酸鋰或鈷鎳錳酸鋰或錳酸鋰；所述負極材料選自石墨或鈦酸鋰或硅或錫或錫基合金。
[0017]所述的紗線為棉紗或晴綸或錦綸或滌綸或氨綸或粘膠纖維中的一種。
[0018]實施例1
a將不銹鋼絲纖維置于10 mL乙醇和10 mL丙酮的混合溶液中，超聲處理20 min，然后用去離子水將超聲后的不銹鋼絲纖維清洗3次并烘干。
[0019]b將40 mg猛酸鋰與5 mg乙炔黑與5mg聚偏氟乙稀制備的楽料采用涂敷的方法包覆在經a步驟處理后的不銹鋼絲纖維上。
[0020]c將步驟b中得到的包覆有漿料的不銹鋼絲纖維作為芯線，棉紗作為外皮，將棉紗以45°的角度，10rpm的繞線圈數纏繞在表面包覆有漿料的不銹鋼絲纖維上，既得所述包芯紗電極。
[0021]實施例2
a將鈦絲纖維置于30 mL乙醇和10 mL丙酮的混合溶液中，超聲處理30 min，然后用去離子水將超聲后的鈦絲纖維清洗4次并烘干。
[0022]b將40mg鈷酸鋰與5mg乙炔黑與5mg聚偏氟乙稀制備的楽料采用涂敷的方法包覆在經a步驟處理后的鈦絲纖維上。
[0023]c將步驟b中得到的包覆有漿料的鈦絲纖維作為芯線，晴綸作為外皮，將晴綸以65°的角度，500 rpm的繞線圈數纏繞在表面包覆有漿料的鈦絲纖維上，既得所述包芯紗電極。
[0024]實施例3
a將鋁絲纖維置于40 mL乙醇和10 mL丙酮的混合溶液中，超聲處理60 min，然后用去離子水將超聲后的鋁絲纖維清洗5次并烘干。
[0025]b將32mg磷酸鐵鋰與4mg乙炔黑與4mg聚偏氟乙烯制備的漿料采用涂敷的方法包覆在經a步驟處理后的鋁絲纖維上。
[0026]c將步驟b中得到的包覆有漿料的鋁絲纖維作為芯線，錦綸作為外皮，將滌綸以70°的角度，1500rpm的繞線圈數纏繞在表面包覆有漿料的鋁絲纖維上，既得所述包芯紗電極。
[0027]實施例4
a將鈦絲纖維置于10 mL乙醇和10 mL丙