含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種含鋰有機?無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，該方法包括以下步驟：步驟一、將無機材料、有機材料分別制備成均勻漿料；實現混料過程中各組分濃度的連續變化并噴涂于基體；利用電阻線圈的疏密控制輻射強度的梯度變化，獲得固化條件、材料組分連續變化的材料芯片。可以用來制備鋰離子電池的復合電解質極片。通過有機?無機材料的流量連續變化并混合涂覆，實現材料芯片中有機?無機組分濃度的連續變化；利用梯度輻射技術，實現材料芯片中有機組分的聚合、交聯、玻璃化程度，及有機?無機組分間界面接觸狀態的連續變化。本發明可用于鋰電池復合材料的低成本、高通量制備，可實現鋰電池有機?無機復合材料的快速表征和篩選。
【專利說明】
含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于電化學功能材料的高通量研究領域，特別是涉及一種含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法。
【背景技術】
[0002]由于環境友好、循環穩定、高能量密度、應用廣泛等優點，鋰離子電池是目前最具應用價值和發展潛力的儲能技術之一。然而隨著科技的進步和社會的發展，現有的鋰電池儲能、導電材料不足以滿足研究和產業的需求。在此方面，電化學工作者已投入了大量的時間、精力和資源，但是由于傳統研究方法中樣品制備方式的限制，新材料的制備和應用研究進展緩慢。
[0003]高通量技術的研發和應用為突破電池材料傳統研究技術的瓶頸提供了可能。利用材料制備過程中某一個或幾個變量連續變化的控制，可以在一次研究中同時制備技術可控范圍內的所有樣品，大大提尚了樣品的制備速度。配以相應的材料檢測技術，可以有效提尚材料的制備、表征和技術改進速度。
[0004]在本發明中，提出了一種含鋰有機-無機復合材料芯片的制備技術。通過對各組分比例和輻射處理過程的梯度變化的二維控制，此技術可以用于新型正極材料、固態電解質的組成、篩選、應用等方面的高通量研究。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其可用于鋰電池復合材料的低成本、高通量制備，配合相應的測試手段，可實現鋰電池有機-無機復合材料的快速表征和篩選。
[0006]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:一種含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法包括以下步驟:
步驟一、將無機材料、有機材料分別制備成均勻漿料，有機材料漿料的制備:將鋰鹽和有機材料按照質量比為1%?30%稱量后，加入到溶劑中，攪拌至形成均勻溶液;無機材料漿料的制備:將無機粉末按照質量比為1%_30%加入到溶劑中，超聲分散和攪拌，至形成均勻漿料；
步驟二、磁控閥門控制步驟一中所述漿料的各自進料流速，實現混料過程中各組分濃度的連續變化并噴涂于基體；
步驟三、對步驟二制備的樣品進行熱處理，利用電阻線圈的疏密控制輻射的梯度變化，獲得固化條件、材料組分連續變化的材料芯片。
[0007]優選地，所述材料芯片由無機材料-有機材料復合制備且含鋰，無機、有機材料材料濃度呈梯度變化，熱輻射強度呈梯度變化。
[0008]優選地，所述無機材料包括厶、8、(:、0，其中厶、8、(:為恥、1(、]\^^1、211、11、2廣肋、〇8、1^、31、66、？，0為0或3，且1，7為0~5，2為1~6，11為1~12，亦或者為1^20與1^23中的一種或幾種的混合化合產物。
[0009]優選地，所述有機材料為聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷，及其修飾衍生物中一種或幾種的組合，且含有鋰鹽，鋰鹽包括六氟磷酸鋰，四氟硼酸鋰，高氯酸鋰，硝酸鋰，含氟甲磺酰亞胺鋰中一種或幾種的組合。
[0010]優選地，所述溶劑為四氫呋喃、乙腈、水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四甘醇二甲醚、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一種或幾種的混合。
[0011]優選地，所述材料芯片經由組分連續變化的混合后，利用3D打印、噴涂或刮膜等方式附著于絕緣體或材質為Al、Cu、Si或其他電導率>10—2 S/cm的單質或復合材料的基體上并烘干，再經由阻抗、半導體測試儀等設備連續檢測，其中無機材料的濃度、有機材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變。
[0012]優選地，所述輻射采用微波、紅外、紫外輻射源，其中輻射強度呈梯度變化。
[0013]優選地，所述含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法能同時將多枚芯片按順序排列。
[0014]本發明的積極進步效果在于:本發明通過有機-無機材料的流量連續變化并混合涂覆，實現材料芯片中有機-無機組分濃度的連續變化;利用梯度輻射技術，實現材料芯片中有機組分的聚合、交聯、玻璃化程度，及有機-無機組分間界面接觸狀態的連續變化。本發明可用于鋰電池復合材料的低成本、高通量制備，配合相應的測試手段，可實現鋰電池有機-無機復合材料的快速表征和篩選。
【附圖說明】
[0015]圖1為材料芯片涂覆的示意圖。
[0016]圖2為梯度熱輻射處理的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。
[0018]如圖1和圖2所示，本發明含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法包括以下步驟:
步驟一、將無機材料3、有機材料4分別制備成均勻漿料5;有機材料漿料的制備:將鋰鹽和有機材料按照質量比為1%_30%稱量后，加入到溶劑中，攪拌至形成均勻溶液;無機材料漿料的制備:將無機粉末按照質量比為1%_30%加入到溶劑中，超聲分散和攪拌，至形成均勻漿料；
步驟二、磁控閥門2控制步驟一中所述漿料的各自進料流速，實現混料過程中各組分濃度的連續變化并噴涂于基體I;
步驟三、對步驟二制備的樣品進行熱處理，利用電阻線圈的疏密控制輻射的梯度變化，獲得固化條件、材料組分連續變化的材料芯片。
[0019]所述材料芯片由無機材料-有機材料復合制備且含鋰，通過對漿料的流速控制，實現無機材料材料濃度A2、有機材料材料濃度B2呈梯度變化，輻射強度呈梯度變化。通過熱輻射強度呈梯度變化，實現材料芯片中有機組分的聚合、交聯、玻璃化程度，及有機-無機組分間界面接觸狀態的連續變化，獲得二維連續變化的材料芯片。
[0020]所述無機材料包括A、B、C、D，其中A、B、C為Na、K、Mg、Al、Zn、T1、Zr、Rb、Cs、La、S1、Ge、P，D為O或S，且x，y為O?5，z為I?6，n為I?12，亦或者為Li20與Li2S中的一種或幾種的混合化合產物。無機粉末的加入可提高復合物的電導和機械強度。
[0021]所述有機材料為聚環氧乙烷(PEO)、聚環氧丙烷(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)，聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、甲基丙烯酸酯(MMA)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)，及其修飾衍生物中一種或幾種的組合，且含有鋰鹽，鋰鹽包括六氟磷酸鋰六氟磷酸鋰，四氟硼酸鋰，高氯酸鋰，硝酸鋰，含氟甲磺酰亞胺鋰中一種或幾種的組合。鋰鹽的加入及對其含量的調控，可實現對復合材料電導的調控。
[0022]所述中溶劑為四氫呋喃、乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、四甘醇二甲醚(TEGDME)、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一種或幾種的混合。通過溶劑的加入，更好的控制無機材料和有機材料的含量及實現均勻混合。
[0023]所述材料芯片經由組分連續變化的混合后，利用3D打印、噴涂或刮膜等方式附著于絕緣體或材質為Al、Cu、Si或其他電導率>10—2 S/cm的單質或復合材料的基體上并烘干，再經由阻抗、半導體測試儀等設備連續檢測，其中無機材料的濃度、有機材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變，實現連續變化樣品的快速制備。
[0024]所述輻射采用微波、紅外、紫外輻射源，其中輻射強度呈梯度變化。通過對溫度梯度C2的調控，實現有機組分的聚合、交聯、玻璃化程度，及有機-無機組分間界面接觸狀態的連續變化。
[0025]所述含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法能同時將多枚芯片按順序排列，實驗連續變化樣品的高通制備。
[0026]本發明通過對各組分比例和輻射處理過程的梯度變化的二維控制，此技術可以用于新型正極材料、固態電解質的組成、篩選、應用等方面的高通量研究。將無機材料、有機材料分別制備成均勻漿料后，由磁控閥門控制各自進料流速，實現混料過程中各組分濃度的連續變化并噴涂于基體(如圖1所示)。然后利用電阻線圈的疏密控制輻射的梯度變化，獲得加熱條件、材料組分連續變化的材料芯片(如圖2所示)。
[0027]本發明可以用來制備鋰離子電池的復合電解質/極片，通過有機-無機材料的流量連續變化并混合涂覆，實現材料芯片中有機/無機組分濃度的連續變化;利用梯度輻射技術，實現材料芯片中有機組分的聚合、交聯、玻璃化程度，及有機-無機組分間界面接觸狀態的連續變化。本發明可用于鋰電池復合材料的低成本、高通量制備，配合相應的測試手段，可實現鋰電池有機-無機復合材料的快速表征和篩選。
[0028]以上所述的具體實施例，對本發明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法包括以下步驟: 步驟一、將無機材料、有機材料分別制備成均勻漿料，有機材料漿料的制備:將鋰鹽和有機材料按照質量比為1%?30%稱量后，加入到溶劑中，攪拌至形成均勻溶液;無機材料漿料的制備:將無機粉末按照質量比為1%_30%加入到溶劑中，超聲分散和攪拌，至形成均勻漿料； 步驟二、磁控閥門控制步驟一中所述漿料的各自進料流速，實現混料過程中各組分濃度的連續變化并噴涂于基體； 步驟三、對步驟二制備的樣品進行熱處理，利用電阻線圈的疏密控制輻射的梯度變化，獲得固化條件、材料組分連續變化的材料芯片。2.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述材料芯片由無機材料-有機材料復合制備且含鋰，無機、有機材料材料濃度呈梯度變化，輻射強度呈梯度變化。3.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述無機材料包括厶、8、(:、0，其中厶、8、(:為恥、1(、]\%、厶1、211、1^、2廣肋工8、1^、31、66、？，0為O或S，且x，y為O?5，z為I?6，n為I?12，亦或者為Li20與Li2S中的一種或幾種的混合化合產物。4.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述有機材料為聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷，及其修飾衍生物中一種或幾種的組合，且含有鋰鹽，鋰鹽包括六氟磷酸鋰，四氟硼酸鋰，高氯酸鋰，硝酸鋰，含氟甲磺酰亞胺鋰中一種或幾種的組合。5.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述溶劑為四氫呋喃、乙腈、水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四甘醇二甲醚、乙烯乙二醇醚、二甲苯、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、甲苯中一種或幾種的混合。6.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述材料芯片經由組分連續變化的混合后，利用3D打印、噴涂或刮膜方式附著于絕緣體或材質為Al、Cu、Si或其他電導率>10—2 S/cm的單質或復合材料的基體上并烘干，再經由阻抗、半導體測試儀設備連續檢測，其中無機材料的濃度、有機材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變。7.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述輻射采用微波、紅外、紫外輻射源，其中輻射強度呈梯度變化。8.如權利要求1所述的含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機-無機復合導電儲能材料芯片的制備方法能同時將多枚芯片按順序排列。
【文檔編號】H01M10/058GK105932335SQ201610286470
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】張文清, 劉楊, 郭炳焜, 呂迎春
【申請人】上海大學