含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含鋰有機(jī)?無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)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(jī)材料、有機(jī)材料分別制備成均勻漿料；實(shí)現(xiàn)混料過程中各組分濃度的連續(xù)變化并噴涂于基體；利用電阻線圈的疏密控制輻射強(qiáng)度的梯度變化，獲得固化條件、材料組分連續(xù)變化的材料芯片?？梢杂脕碇苽滗囯x子電池的復(fù)合電解質(zhì)極片。通過有機(jī)?無機(jī)材料的流量連續(xù)變化并混合涂覆，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)?無機(jī)組分濃度的連續(xù)變化；利用梯度輻射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)組分的聚合、交聯(lián)、玻璃化程度，及有機(jī)?無機(jī)組分間界面接觸狀態(tài)的連續(xù)變化。本發(fā)明可用于鋰電池復(fù)合材料的低成本、高通量制備，可實(shí)現(xiàn)鋰電池有機(jī)?無機(jī)復(fù)合材料的快速表征和篩選。
【專利說明】
含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)功能材料的高通量研究領(lǐng)域，特別是涉及一種含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境友好、循環(huán)穩(wěn)定、高能量密度、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池是目前最具應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能技術(shù)之一。然而隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)有的鋰電池儲(chǔ)能、導(dǎo)電材料不足以滿足研究和產(chǎn)業(yè)的需求。在此方面，電化學(xué)工作者已投入了大量的時(shí)間、精力和資源，但是由于傳統(tǒng)研究方法中樣品制備方式的限制，新材料的制備和應(yīng)用研究進(jìn)展緩慢。
[0003]高通量技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用為突破電池材料傳統(tǒng)研究技術(shù)的瓶頸提供了可能。利用材料制備過程中某一個(gè)或幾個(gè)變量連續(xù)變化的控制，可以在一次研究中同時(shí)制備技術(shù)可控范圍內(nèi)的所有樣品，大大提尚了樣品的制備速度。配以相應(yīng)的材料檢測技術(shù)，可以有效提尚材料的制備、表征和技術(shù)改進(jìn)速度。
[0004]在本發(fā)明中，提出了一種含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料芯片的制備技術(shù)。通過對(duì)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(shù)可以用于新型正極材料、固態(tài)電解質(zhì)的組成、篩選、應(yīng)用等方面的高通量研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其可用于鋰電池復(fù)合材料的低成本、高通量制備，配合相應(yīng)的測試手段，可實(shí)現(xiàn)鋰電池有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的快速表征和篩選。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法包括以下步驟:
步驟一、將無機(jī)材料、有機(jī)材料分別制備成均勻漿料，有機(jī)材料漿料的制備:將鋰鹽和有機(jī)材料按照質(zhì)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(jī)材料漿料的制備:將無機(jī)粉末按照質(zhì)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(jìn)料流速，實(shí)現(xiàn)混料過程中各組分濃度的連續(xù)變化并噴涂于基體；
步驟三、對(duì)步驟二制備的樣品進(jìn)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(xù)變化的材料芯片。
[0007]優(yōu)選地，所述材料芯片由無機(jī)材料-有機(jī)材料復(fù)合制備且含鋰，無機(jī)、有機(jī)材料材料濃度呈梯度變化，熱輻射強(qiáng)度呈梯度變化。
[0008]優(yōu)選地，所述無機(jī)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(chǎn)物。
[0009]優(yōu)選地，所述有機(jī)材料為聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)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(yōu)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(yōu)選地，所述材料芯片經(jīng)由組分連續(xù)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(zhì)為Al、Cu、Si或其他電導(dǎo)率>10—2 S/cm的單質(zhì)或復(fù)合材料的基體上并烘干，再經(jīng)由阻抗、半導(dǎo)體測試儀等設(shè)備連續(xù)檢測，其中無機(jī)材料的濃度、有機(jī)材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變。
[0012]優(yōu)選地，所述輻射采用微波、紅外、紫外輻射源，其中輻射強(qiáng)度呈梯度變化。
[0013]優(yōu)選地，所述含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法能同時(shí)將多枚芯片按順序排列。
[0014]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明通過有機(jī)-無機(jī)材料的流量連續(xù)變化并混合涂覆，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)-無機(jī)組分濃度的連續(xù)變化;利用梯度輻射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)組分的聚合、交聯(lián)、玻璃化程度，及有機(jī)-無機(jī)組分間界面接觸狀態(tài)的連續(xù)變化。本發(fā)明可用于鋰電池復(fù)合材料的低成本、高通量制備，配合相應(yīng)的測試手段，可實(shí)現(xiàn)鋰電池有機(jī)-無機(jī)復(fù)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(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法包括以下步驟:
步驟一、將無機(jī)材料3、有機(jī)材料4分別制備成均勻漿料5;有機(jī)材料漿料的制備:將鋰鹽和有機(jī)材料按照質(zhì)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(jī)材料漿料的制備:將無機(jī)粉末按照質(zhì)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(jìn)料流速，實(shí)現(xiàn)混料過程中各組分濃度的連續(xù)變化并噴涂于基體I;
步驟三、對(duì)步驟二制備的樣品進(jìn)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(xù)變化的材料芯片。
[0019]所述材料芯片由無機(jī)材料-有機(jī)材料復(fù)合制備且含鋰，通過對(duì)漿料的流速控制，實(shí)現(xiàn)無機(jī)材料材料濃度A2、有機(jī)材料材料濃度B2呈梯度變化，輻射強(qiáng)度呈梯度變化。通過熱輻射強(qiáng)度呈梯度變化，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)組分的聚合、交聯(lián)、玻璃化程度，及有機(jī)-無機(jī)組分間界面接觸狀態(tài)的連續(xù)變化，獲得二維連續(xù)變化的材料芯片。
[0020]所述無機(jī)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(chǎn)物。無機(jī)粉末的加入可提高復(fù)合物的電導(dǎo)和機(jī)械強(qiáng)度。
[0021]所述有機(jī)材料為聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚環(huán)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(duì)其含量的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)的調(diào)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(jī)材料和有機(jī)材料的含量及實(shí)現(xiàn)均勻混合。
[0023]所述材料芯片經(jīng)由組分連續(xù)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(zhì)為Al、Cu、Si或其他電導(dǎo)率>10—2 S/cm的單質(zhì)或復(fù)合材料的基體上并烘干，再經(jīng)由阻抗、半導(dǎo)體測試儀等設(shè)備連續(xù)檢測，其中無機(jī)材料的濃度、有機(jī)材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變，實(shí)現(xiàn)連續(xù)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(qiáng)度呈梯度變化。通過對(duì)溫度梯度C2的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)有機(jī)組分的聚合、交聯(lián)、玻璃化程度，及有機(jī)-無機(jī)組分間界面接觸狀態(tài)的連續(xù)變化。
[0025]所述含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法能同時(shí)將多枚芯片按順序排列，實(shí)驗(yàn)連續(xù)變化樣品的高通制備。
[0026]本發(fā)明通過對(duì)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(shù)可以用于新型正極材料、固態(tài)電解質(zhì)的組成、篩選、應(yīng)用等方面的高通量研究。將無機(jī)材料、有機(jī)材料分別制備成均勻漿料后，由磁控閥門控制各自進(jìn)料流速，實(shí)現(xiàn)混料過程中各組分濃度的連續(xù)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(xù)變化的材料芯片(如圖2所示)。
[0027]本發(fā)明可以用來制備鋰離子電池的復(fù)合電解質(zhì)/極片，通過有機(jī)-無機(jī)材料的流量連續(xù)變化并混合涂覆，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)/無機(jī)組分濃度的連續(xù)變化;利用梯度輻射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料芯片中有機(jī)組分的聚合、交聯(lián)、玻璃化程度，及有機(jī)-無機(jī)組分間界面接觸狀態(tài)的連續(xù)變化。本發(fā)明可用于鋰電池復(fù)合材料的低成本、高通量制備，配合相應(yīng)的測試手段，可實(shí)現(xiàn)鋰電池有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的快速表征和篩選。
[0028]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法包括以下步驟: 步驟一、將無機(jī)材料、有機(jī)材料分別制備成均勻漿料，有機(jī)材料漿料的制備:將鋰鹽和有機(jī)材料按照質(zhì)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(jī)材料漿料的制備:將無機(jī)粉末按照質(zhì)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(jìn)料流速，實(shí)現(xiàn)混料過程中各組分濃度的連續(xù)變化并噴涂于基體； 步驟三、對(duì)步驟二制備的樣品進(jìn)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(xù)變化的材料芯片。2.如權(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述材料芯片由無機(jī)材料-有機(jī)材料復(fù)合制備且含鋰，無機(jī)、有機(jī)材料材料濃度呈梯度變化，輻射強(qiáng)度呈梯度變化。3.如權(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)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(chǎn)物。4.如權(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)材料為聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)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(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)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(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述材料芯片經(jīng)由組分連續(xù)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(zhì)為Al、Cu、Si或其他電導(dǎo)率>10—2 S/cm的單質(zhì)或復(fù)合材料的基體上并烘干，再經(jīng)由阻抗、半導(dǎo)體測試儀設(shè)備連續(xù)檢測，其中無機(jī)材料的濃度、有機(jī)材料的濃度均呈梯度變化且附著物的總密度不變。7.如權(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)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(qiáng)度呈梯度變化。8.如權(quán)利要求1所述的含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法，其特征在于，所述含鋰有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電儲(chǔ)能材料芯片的制備方法能同時(shí)將多枚芯片按順序排列。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK105932335SQ201610286470
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】張文清, 劉楊, 郭炳焜, 呂迎春
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)