石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的應(yīng)用方法，根據(jù)活性物質(zhì)（90?97%）、導(dǎo)電劑（1?4%）、粘結(jié)劑（1?5%）的質(zhì)量比例，通過粘結(jié)劑分散、導(dǎo)電劑分散、活性物質(zhì)分散等步驟，制備出的漿料均勻性好，穩(wěn)定性優(yōu)異。采用本發(fā)明提供的正極漿料所制得的鋰電池，能夠顯著降低電池的內(nèi)阻，提高電池的大電流放電性能、低溫性能，以及大電流充放電循環(huán)性能。
【專利說明】
石墨稀作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池正極漿料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于裡離子電池材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種石墨締作為導(dǎo)電劑用于 裡離子電池正極漿料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池具有比容量大、放電電壓高而平穩(wěn)、低溫性能好、環(huán)境友好、安全、壽命 長(zhǎng)、自放電小W及儀氨、儀儒二次電池?zé)o可比擬的優(yōu)點(diǎn)。自1991年問世W來，經(jīng)過十余年的 發(fā)展，裡離子電池已經(jīng)主導(dǎo)了小型便攜式電池的市場(chǎng)。
[0003] 裡離子電池的正極材料一般為過度金屬氧化物，如：^(：〇02、^化02、^111〇2、和 LiNixCoyMn( l-x-y)02等，W及過度金屬的憐酸鹽，如:LiMP04;它們電導(dǎo)率低，一般是半導(dǎo) 體或是絕緣體。理想的正極為離子和電子的混合導(dǎo)體，電子導(dǎo)電性和正極導(dǎo)電性好壞有關(guān)； 離子傳導(dǎo)性和正極的孔容有關(guān)，多孔結(jié)構(gòu)可W提供電解液的存儲(chǔ)場(chǎng)所，為電極快速反應(yīng)提 供緩沖離子源。導(dǎo)電劑在正極的作用主要是提高正極的導(dǎo)電性。
[0004] 優(yōu)異的導(dǎo)電劑需要具備W下幾個(gè)特征:一、電導(dǎo)率較高，高電導(dǎo)率的材料能提高電 子的遷移速率;二、粒徑較小，小粒徑的材料能填充裡離子電池正、負(fù)極材料的空隙，使材料 之間的接觸較好，易于裡離子的脫出、嵌入;Ξ、高比表面積，比表面積大的材料能較好的與 正、負(fù)極材料接觸，同樣易于電解液的保持，便于裡離子的脫嵌與電子遷移；四、易于分散， 在正、負(fù)極材料配置漿料過程中易于打散和分散，能較好的與正、負(fù)極材料混合在一起;五、 高穩(wěn)定性，在裡離子電池充放電的過程中能穩(wěn)定存在，不會(huì)發(fā)生體積變化而影響電池的循 環(huán)性能。
[0005] 石墨締是一種作為天然存在于自然界的Ξ維結(jié)構(gòu)碳同素異形體的石墨的碳原子 排列成二維片材形式的六邊形平面結(jié)構(gòu)的材料。石墨締的碳原子形成SP2鍵，并具有單原子 厚度的平面片材形式。石墨締具有顯著優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，并且物理性能(如優(yōu)良的機(jī) 械強(qiáng)度、柔軟性、彈性、取決于厚度的量子化透明度、高比表面積等等)可W通過存在于石墨 締中的原子的特定鍵合結(jié)構(gòu)來解釋。構(gòu)成石墨締的碳的四個(gè)外圍電子中的Ξ個(gè)形成sp2雜 化軌道從而具有σ鍵，而剩下的一個(gè)電子和周圍碳原子形成一個(gè)π鍵，W提供一個(gè)六邊形二 維結(jié)構(gòu)。因此，石墨締具有不同于其它碳同素異形體的能帶結(jié)構(gòu)，并且不具有帶隙（band gap )從而表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性;然而，石墨締是一種半金屬材料，其中電子的費(fèi)米能級(jí)態(tài) 密度是0,并且因此，取決于它是否被滲雜，可W容易地改變電特性。相應(yīng)地，由于石墨締可 W被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、航空、建筑、制藥和鋼鐵領(lǐng)域，W及各種電氣電子領(lǐng)域，諸如新 一代材料、電容器、電磁屏蔽材料、傳感器、顯示器等，其可取代娃電氣電子材料，因此在各 種領(lǐng)域中應(yīng)用石墨締的技術(shù)已有諸多研究在進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池正極漿料的 方法。本發(fā)明將全新的石墨締作為導(dǎo)電劑材料應(yīng)用于裡離子電池正極漿料，提供了活性物 質(zhì)與其它輔料之間合理的配比。
[0007]上述石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池正極漿料的方法，按如下步驟進(jìn)行： (1) 首先將所需量70%~90%的溶劑放入攬拌器中，再加入所需量的粘結(jié)劑，攬拌1~5小 時(shí)； (2) 粘合劑分散完全后，加入所需量的導(dǎo)電劑石墨締，攬拌0.5~2小時(shí)； (3) 導(dǎo)電劑分散完全后，加入所需量的活性物質(zhì)，攬拌2~6小時(shí)。所有組分分散完全后， 適當(dāng)加入剩余溶劑調(diào)整漿料粘度至4000~7000Mpa · S。
[000引上述步驟1中溶劑為N-甲基化咯燒酬(NMP)，粘結(jié)劑為聚偏氣乙締(PVDF)。
[0009] 上述步驟 2 中活性物質(zhì)為 LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiNixCoyMn(l-x-y)02和Li化P04中 的一種或多種混合物。
[0010] 上述步驟1和步驟2中，活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑各組分的質(zhì)量比依次為(90-97): (1-4) : (1-5)，溶劑為上述各組分總重量的60%~90%。
[0011] 上述各步驟中，攬拌設(shè)備是雙行星真空攬拌機(jī)，漿料溫度是利用向行星攬拌桶通 入相應(yīng)溫度的恒溫循環(huán)水的方法來控制的。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明為石墨締導(dǎo)電劑在裡離子電池正極材料實(shí)際使用提 供合理可靠的配方及其制備方法，使用石墨締導(dǎo)電劑能夠顯著降低電池的內(nèi)阻，提高電池 的大電流放電性能、低溫性能，W及大電流充放電循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0013]附圖1是實(shí)施例1與對(duì)比例1的循環(huán)ii試容量保持率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[001引實(shí)施例1 石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池正極漿料，按照LiFeP04:石墨締 :PVDF =95:2.5: 3.5的質(zhì)量比，溶劑NMP為上述各組分總量的90%。粘結(jié)劑分散時(shí)間為3小時(shí)，石墨締分散時(shí)間 為2小時(shí)，活性物質(zhì)分散時(shí)間為4小時(shí)，最終漿料粘度為為6594Mpa · S。
[0016] 對(duì)比例1 按照常規(guī)的憐酸鐵裡正極漿料生產(chǎn)工藝，按照LiFeP〇4: SP: PVDF =95:2.5:3.5的質(zhì)量 比，溶劑NMP為上述各組分總量的90%。粘結(jié)劑分散時(shí)間為3小時(shí)，石墨締分散時(shí)間為2小時(shí)， 活性物質(zhì)分散時(shí)間為4小時(shí)，最終漿料粘度為為6127Mpa · S。
[0017] 對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1所制得的18650型圓柱型裡電池進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，其在1C 下充放，1000次的循環(huán)容量保持率，實(shí)施例1為97.92%，對(duì)比例1為95.23%，對(duì)比結(jié)果如圖1 所示，能量密度及內(nèi)阻測(cè)試對(duì)比結(jié)果如表1所示。
[001引實(shí)施例2 石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池正極漿料，按照LiCo化:石墨締 :PVDF =95.7:2.3: 2.0的質(zhì)量比，溶劑NMP為上述各組分總量的65%。粘結(jié)劑分散時(shí)間為2小時(shí)，石墨締分散時(shí)間 為1小時(shí)，活性物質(zhì)分散時(shí)間為4小時(shí)，最終漿料粘度為為5972Mpa · S。
[0019] 對(duì)比例2 按照常規(guī)的鉆酸裡正極漿料生產(chǎn)工藝，按照LiCo化：SP :PVDF =95.7: 2.3: 2. ο的質(zhì)量 比，溶劑ΝΜΡ為上述各組分總量的65%。粘結(jié)劑分散時(shí)間為2小時(shí)，導(dǎo)電劑分散時(shí)間為1小時(shí)， 活性物質(zhì)分散時(shí)間為4小時(shí)，最終漿料粘度為為5326Mpa · S。
[0020] 對(duì)實(shí)施例2和對(duì)比例2所制得的18650型圓柱電池進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，其在1C下充 放，1000次的循環(huán)容量保持率，實(shí)施例1為97.23%，對(duì)比例1為93.23%，能量密度及內(nèi)阻測(cè)試 對(duì)比結(jié)果如表1所示。
[0021 ]表1各實(shí)施例與對(duì)比例的能量密度及內(nèi)阻測(cè)試對(duì)比結(jié)果
從上表可W看出，采用本發(fā)明方法制備的正極漿料所制得的裡電池，在能量密度上均 高于常規(guī)正極漿料生產(chǎn)工藝所制得的裡電池，在內(nèi)阻上均低于常規(guī)正極漿料生產(chǎn)工藝所制 得的裡電池。
[0022] 本發(fā)明提供的石墨締導(dǎo)電劑漿料具有導(dǎo)電性好、克容量高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、適 用范圍廣等特點(diǎn)，不僅可用于普通數(shù)碼裡離子電池產(chǎn)品上，還可W應(yīng)用于動(dòng)力和儲(chǔ)能裡離 子電池中。
[0023] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，W上實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非作為對(duì)本 發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對(duì)W上實(shí)施例的變化、變形都將落在本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法，其制備步驟如下： (1)首先將所需量70%~90%的溶劑放入攪拌器中，再加入所需量的粘結(jié)劑，攪拌1~5小 時(shí)； ⑵粘合劑分散完全后，加入所需量的導(dǎo)電劑石墨烯，攪拌0.5~2小時(shí)； (3)導(dǎo)電劑分散完全后，加入所需量的活性物質(zhì)，攪拌2~6小時(shí)，所有組分分散完全后， 適當(dāng)加入剩余溶劑調(diào)整漿料粘度至4000~7000Mpa · S。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法，其特 征是:步驟1中溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法，其特 征是:步驟2中活性物質(zhì)為1^(：〇02、1^附0 2、1^]?112〇4、1^附{〇，11(1-^)〇2和1^?6?〇4中的一種或 多種混合物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法，其特 征是:步驟1和步驟2中，活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑各組分的質(zhì)量比依次為(90-97) : (1-4): (1 -5 )，溶劑為上述各組分總重量的60%~90%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法，其特 征是:步驟（1)、（2)、（3)中，攪拌設(shè)備是雙行星真空攪拌機(jī)，漿料溫度是利用向行星攪拌桶 通入相應(yīng)溫度的恒溫循環(huán)水的方法來控制的。
【文檔編號(hào)】H01M4/1397GK105870454SQ201610387089
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】田東
【申請(qǐng)人】田東