石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池負(fù)極漿料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了石墨烯作為導(dǎo)電劑用于鋰離子電池負(fù)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%）、增稠劑（1?5%、）粘結(jié)劑（1?3%）的質(zhì)量比例，通過(guò)增稠劑分散、導(dǎo)電劑分散、活性物質(zhì)分散、粘結(jié)劑分散等步驟，制備出的漿料均勻性好，穩(wěn)定性優(yōu)異。采用本發(fā)明提供的負(fù)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(shuō)明】
石墨稀作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池負(fù)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 裡離子電池負(fù)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(wèn)世W來(lái)，經(jīng)過(guò)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] 裡離子電池一般包括正極片、負(fù)極片、間隔于正極片和負(fù)極片之間的隔膜。正極極 片包括正極集流體和涂布在正極集流體上的正極膜片，負(fù)極片包括負(fù)極集流體和涂布在負(fù) 極集流體上的負(fù)極膜片。電極極片制備時(shí)，首先將活性物質(zhì)(如鉆酸裡、石墨等）、導(dǎo)電劑(如 乙烘黑，碳納米管、碳纖維等）、粘接劑（如聚偏氣乙締、聚乙締基化咯燒酬、簇甲基纖維素 鋼、T苯橡膠乳液等)和溶劑(如N-甲基化咯燒酬、水等)一起制成電極漿料，再將其按要求 涂覆在集流體表面，然后進(jìn)行干燥，得到電池極片。其中電極漿料的性能對(duì)裡離子電池的性 能有著重要的影響。電極漿料中各組分分散得越均勻，極片便具有越好的加工性能，且電極 各處的阻抗分布均勻，在充放電時(shí)活性物質(zhì)的作用可W發(fā)揮得越大，其平均克容量發(fā)揮將 會(huì)有所提升，從而提升全電池的性能。
[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(guò)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(guò)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(guò)存在于石墨 締中的原子的特定鍵合結(jié)構(gòu)來(lái)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負(fù)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)用于裡離子電池負(fù)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負(fù)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，再加入所需量的增稠劑，攬拌0.5~2 小時(shí)； (2) 增稠劑分散完全后，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)； (4) 活性物質(zhì)分散完全后，加入所需量的粘結(jié)劑，攬拌0.5~2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2000~5000Mpa · S。
[0008] 上述步驟1中溶劑為去離子水，增稠劑為簇甲基纖維素鋼(CMC),步驟4中粘結(jié)劑為 下苯橡膠(SBR)。
[0009] 上述步驟3中活性物質(zhì)為人造石墨、天然石墨、鐵酸裡、硬碳、中間相碳微球、裡過(guò) 渡金屬氮化物和過(guò)渡金屬氧化物、單質(zhì)娃或錫、娃碳或錫碳復(fù)合材料中的一種或多種混合 物。
[0010] 上述步驟4中粘結(jié)劑為下苯橡膠(SBR)。
[0011] 上述步驟1至步驟4中，負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、增稠劑、粘結(jié)劑各組分的質(zhì)量比依 次為(90-97) : (1-4) : (1-5) : (1-3)，溶劑為上述各組分總量的80%~120%。
[0012] 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(lái)控制的。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明為石墨締導(dǎo)電劑在裡離子電池負(fù)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(shuō)明】
[0014] 附圖1是實(shí)施例1與對(duì)比例1的循環(huán)測(cè)試容量保持率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 實(shí)施例1 石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池負(fù)極漿料，按照人造石墨:石墨締:CMC:SBR =94.0: 1.5:2.0:2.5的質(zhì)量比，溶劑去離子水為上述各組分總量的100%dCMC分散時(shí)間為0.5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)，SBR分散時(shí)間為0.5小時(shí)，最終漿料粘 度為為4215Mpa · S。
[0017] 按照裡電池常規(guī)生產(chǎn)工藝，將負(fù)極漿料經(jīng)涂布、干燥、社膜、分切制成負(fù)極片，然后 與憐酸鐵裡正極片、隔膜、電解液、電池外殼進(jìn)行組裝成，經(jīng)充放電活化后制得18650型、初 始設(shè)計(jì)容量為1350mA的圓柱憐酸鐵裡電池。
[001引對(duì)比例1 按照常規(guī)的人造石墨負(fù)極漿料生產(chǎn)工藝，按照人造石墨:SP: CMC: S服=94.0:1.5:2.0: 2.5的質(zhì)量比，溶劑去離子水為上述各組分總量的100%dCMC分散時(shí)間為0.5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)，SBR分散時(shí)間為0.5小時(shí)，最終漿料粘度為為 3943Mpa · S0
[0019] 對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1所制得的18650型圓柱憐酸鐵裡電池進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，其 在1C下充放1000次的循環(huán)容量對(duì)比結(jié)果如圖1所示，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)及電池內(nèi)阻測(cè)試對(duì)比 結(jié)果如表1所示。
[0020] 實(shí)施例2 石墨締作為導(dǎo)電劑用于裡離子電池負(fù)極漿料，按照天然石墨:石墨締:CMC:SBR =94.5: 2.0:1.6:1.9的質(zhì)量比，溶劑去離子水為上述各組分總量的80%dCMC分散時(shí)間為1小時(shí)，石墨 締分散時(shí)間為3小時(shí)，活性物質(zhì)分散時(shí)間為3小時(shí)，SBR分散時(shí)間為0.5小時(shí)，最終漿料粘度為 為4578Mpa · S。
[0021] 對(duì)比例2 按照常規(guī)的天然石墨負(fù)極漿料生產(chǎn)工藝，按照天然石墨:SP: CMC: S服=94.5:2.0:1.6: 1.9的質(zhì)量比，溶劑去離子水為上述各組分總量的80%dCMC分散時(shí)間為1小時(shí)，石墨締分散時(shí) 間為3小時(shí)，活性物質(zhì)分散時(shí)間為3小時(shí)，S B R分散時(shí)間為0.5小時(shí)，最終漿料粘度為為 4251Mpa · S〇
[0022] 對(duì)實(shí)施例2和對(duì)比例2所制得的4244130型軟包電池進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，其在1C下 充放1000次的循環(huán)容量保持率檢測(cè)數(shù)據(jù)及電池內(nèi)阻測(cè)試對(duì)比結(jié)果如表1所示。
[0023] 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)明方法制備的負(fù)極漿料所制得的裡電池，在能量密度上均 高于常規(guī)負(fù)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)負(fù)極漿料生產(chǎn)工藝所制 得的裡電池。
[0024] 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。
[0025] 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(lái)說(shuō)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負(fù)極漿料的方法，按如下步驟進(jìn)行： (1)首先將所需量70%~90%的溶劑放入攪拌器中，再加入所需量的增稠劑，攪拌0.5~2 小時(shí)； ⑵增稠劑分散完全后，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)； (4) 活性物質(zhì)分散完全后，加入所需量的粘結(jié)劑，攪拌0.5~2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2000~5000Mpa · 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負(fù)極漿料的方法，其特 征是:步驟1中溶劑為去離子水，增稠劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)，步驟4中粘結(jié)劑為丁苯橡 膠（SBR)。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負(fù)極漿料的方法，其特 征是:步驟3中活性物質(zhì)為人造石墨、天然石墨、鈦酸鋰、硬碳、中間相碳微球、鋰過(guò)渡金屬氮 化物和過(guò)渡金屬氧化物、單質(zhì)硅或錫、硅碳或錫碳復(fù)合材料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負(fù)極漿料的方法，其特 征是:步驟4中粘結(jié)劑為丁苯橡膠(SBR)。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負(fù)極漿料的方法，其特 征是:步驟1至步驟4中，負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、增稠劑、粘結(jié)劑各組分的質(zhì)量比依次為(gO-97): (1-4) : (1-5) : (1-3) ， 溶劑為上述各組分總量的 80% ~ 120%。6. 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負(fù)極漿料的方法，其特 征是:步驟1至步驟4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(lái)控制的。
【文檔編號(hào)】H01M4/13GK105870401SQ201610386985
【公開(kāi)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