本發(fā)明涉及鋰電池循環(huán)性能，具體是一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料等不可再生能源的大量消耗，以及生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，全世界科研領(lǐng)域正在積極尋找新能源的發(fā)展出路，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。風(fēng)能、太陽能、潮汐能、電能等領(lǐng)域的發(fā)展正蓬勃興起，其中圍繞電能這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展已經(jīng)在世界范圍內(nèi)掀起熱潮，電氣化進(jìn)程明顯加快，在電能領(lǐng)域以鋰離子電池為代表的儲能器件正在進(jìn)行新的技術(shù)革命。鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電小、開路電壓高、工作溫度范圍寬、綠色環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是替代化石燃料的一種很有前景的可充電儲能系統(tǒng)，而粘結(jié)劑是鋰電池中不可或缺的成分。

2、目前工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室常用的粘結(jié)劑是聚偏二氟乙烯（pvdf）粘結(jié)劑，pvdf是不導(dǎo)電的，它在傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)中會(huì)發(fā)生膨脹從而導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度減小。此外，水也會(huì)嚴(yán)重影響pvdf在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）中的分散，使得pvdf在nmp中結(jié)晶和團(tuán)聚，導(dǎo)致粘結(jié)性能大幅度下降。pvdf在鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境中不是絕對穩(wěn)定的，有可能與鋰化石墨、金屬鋰等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生有毒的hf。同時(shí)，pvdf是一種含氟的不可生物降解的材料，可能會(huì)導(dǎo)致一些環(huán)境污染的問題。因此，尋找一種可以替代pvdf的粘結(jié)劑是非常有必要的。

3、石墨烯是一種具有多種優(yōu)異性質(zhì)的材料，電子遷移率高、力學(xué)性能優(yōu)異等性質(zhì)使其在鋰離子電池中的應(yīng)用研究也非常深入，研究者多將石墨烯用于負(fù)極或者利用石墨烯對電極材料進(jìn)行改性，但是將石墨烯用于粘結(jié)劑使用的相關(guān)研究非常少。本發(fā)明使用無毒無害的弱還原劑用l-抗壞血酸棕櫚酸酯（lap）對功能化石墨烯材料（rgo）進(jìn)行了修飾和改性，將其作為鋰離子電池粘結(jié)劑使用，以改善和提高鋰離子電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命性能等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，所述改性粘結(jié)劑包括還原氧化石墨烯、改性還原氧化石墨烯中的一種或兩種。

4、較為優(yōu)化的，所述還原氧化石墨烯的制備方法為：將單層石墨烯溶液緩慢注入含1wt%的cacl2水溶液中，得到凝膠狀石墨烯；退火處理、微波照射，得到還原氧化石墨烯（rgo）。

5、較為優(yōu)化的，所述單層石墨烯溶液的濃度為0.15g/l~0.2g/l；

6、所述退火處理的參數(shù)為：在氬氣氛圍下，于200℃~300℃下退火處理55~65min；所述微波照射的工藝參數(shù)為：在640w~660w下微波照射1~2s。

7、方案中，將單層石墨烯（go）溶液緩慢注入含1wt%的cacl2水溶液中，通過與兩塊go納米片的含氧基團(tuán)橋接，形成均勻連續(xù)的凝膠狀go；然后在300℃氬氣下退火1小時(shí)，得到輕度還原的go，能有效吸收2.45ghz的微波；在氬氣微波爐中微波照射1~2s后，微波的有效吸收導(dǎo)致輕度還原的go迅速升溫，導(dǎo)致氧官能團(tuán)解吸，石墨烯基面重新排序，獲得還原氧化石墨烯（rgo）。

8、較為優(yōu)化的，所述改性還原氧化石墨烯的制備方法為：（1）將石墨烯加入到n-甲基-2-吡咯烷酮溶劑中，超聲分散，加入l-抗壞血酸棕櫚酸酯，制成懸濁液；（2）將懸濁液攪拌均勻，微波反應(yīng)，抽濾、洗滌、冷凍干燥，得到改性還原氧化石墨烯（l-rgo）。

9、較為優(yōu)化的，所述超聲分散時(shí)間為55~65min；攪拌均勻的時(shí)間為12~13小時(shí)；微波反應(yīng)的條件為：640w~660w下微波反應(yīng)100~120s；冷凍干燥的時(shí)間為36~48小時(shí)。

10、較為優(yōu)化的，所述改性還原氧化石墨烯的原料包括以下組分：100ml的n-甲基-2-吡咯烷酮、0.1g的石墨烯、1g的l-抗壞血酸棕櫚酸酯。

11、一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑的應(yīng)用，較為優(yōu)化的，所述改性粘結(jié)劑用于制備極片，所述極片的制備方法為：將改性粘結(jié)劑加入到坩堝中，攪拌20±2min，加入導(dǎo)電劑、活性材料，在n-甲基-2-吡咯烷酮中攪拌180±5min，將其均勻涂覆于集流體上，于60℃~65℃真空干燥箱中干燥12~15小時(shí)，得到極片。

12、較為優(yōu)化的，所述極片的原料包括：質(zhì)量比為8:1:1的活性材料、改性粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑。

13、較為優(yōu)化的，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑，所述集流體包括鋁箔或銅箔。

14、較為優(yōu)化的，當(dāng)極片為正極片時(shí)，所述集流體為鋁箔時(shí)，活性材料為正極材料磷酸鐵鋰（lfp）或鎳鈷錳三元材料（ncm）。

15、較為優(yōu)化的，當(dāng)極片為負(fù)極片時(shí)，所述集流體為銅箔時(shí)，活性材料為負(fù)極材料鈦酸鋰（lto）。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1、本發(fā)明可以有效改善和提高鋰離子電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命性能。

18、2、本發(fā)明提供了一種新型的鋰電池正極材料的粘結(jié)劑，替代pvdf的使用，可有效改善pvdf帶來的環(huán)境污染問題。

19、3、pvdf為含氟材料，價(jià)格貴，使用成本高，本發(fā)明可有效降低成本。

技術(shù)特征：

1.一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述改性粘結(jié)劑包括還原氧化石墨烯、改性還原氧化石墨烯中的一種或兩種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述還原氧化石墨烯的制備方法為：將單層石墨烯溶液緩慢注入含1wt%的cacl2水溶液中，得到凝膠狀石墨烯；退火處理、微波照射，得到還原氧化石墨烯。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述單層石墨烯溶液的濃度為0.15g/l~0.2g/l；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述改性還原氧化石墨烯的制備方法為：（1）將石墨烯加入到n-甲基-2-吡咯烷酮溶劑中，超聲分散，加入l-抗壞血酸棕櫚酸酯，制成懸濁液；（2）將懸濁液攪拌均勻，微波反應(yīng)，抽濾、洗滌、冷凍干燥，得到改性還原氧化石墨烯。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述超聲分散時(shí)間為55~65min；攪拌均勻的時(shí)間為12~13小時(shí)；微波反應(yīng)的條件為：640w~660w下微波反應(yīng)100~120s；冷凍干燥的時(shí)間為36~48小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑，其特征在于：所述懸濁液的原料包括以下組分：100ml的n-甲基-2-吡咯烷酮、0.1g的石墨烯、1g的l-抗壞血酸棕櫚酸酯。

7.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于：所述改性粘結(jié)劑用于制備極片：將改性粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、活性材料，在n-甲基-2-吡咯烷酮中混合均勻，將其均勻涂覆于集流體上，干燥后得到極片。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于：當(dāng)極片為正極片時(shí)，所述集流體為鋁箔時(shí)，活性材料為正極材料磷酸鐵鋰或鎳鈷錳三元材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于：當(dāng)極片為負(fù)極片時(shí)，所述集流體為銅箔時(shí)，活性材料為負(fù)極材料鈦酸鋰。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種改善鋰電池循環(huán)性能的改性粘結(jié)劑及其應(yīng)用，涉及鋰電池循環(huán)性能技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明使用無毒無害的弱還原劑用L?抗壞血酸棕櫚酸酯對功能化石墨烯材料進(jìn)行了修飾和改性，將其作為鋰離子電池粘結(jié)劑使用，以改善和提高鋰離子電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命性能等。

技術(shù)研發(fā)人員：駱翔,李學(xué)法,張國平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：揚(yáng)州納力新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6