石墨烯作為導電劑用于鋰離子電池正極漿料的方法
【專利摘要】本發明公開了石墨烯作為導電劑用于鋰離子電池正極漿料的應用方法，根據活性物質（90?97%）、導電劑（1?4%）、粘結劑（1?5%）的質量比例，通過粘結劑分散、導電劑分散、活性物質分散等步驟，制備出的漿料均勻性好，穩定性優異。采用本發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性能。
【專利說明】
石墨稀作為導電劑用于裡離子電池正極漿料的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于裡離子電池材料制造技術領域，具體設及一種石墨締作為導電劑用于 裡離子電池正極漿料的方法。
【背景技術】
[0002] 裡離子電池具有比容量大、放電電壓高而平穩、低溫性能好、環境友好、安全、壽命 長、自放電小W及儀氨、儀儒二次電池無可比擬的優點。自1991年問世W來，經過十余年的 發展，裡離子電池已經主導了小型便攜式電池的市場。
[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;它們電導率低，一般是半導 體或是絕緣體。理想的正極為離子和電子的混合導體，電子導電性和正極導電性好壞有關； 離子傳導性和正極的孔容有關，多孔結構可W提供電解液的存儲場所，為電極快速反應提 供緩沖離子源。導電劑在正極的作用主要是提高正極的導電性。
[0004] 優異的導電劑需要具備W下幾個特征:一、電導率較高，高電導率的材料能提高電 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、負極材料配置漿料過程中易于打散和分散，能較好的與正、負極材料混合在一起;五、 高穩定性，在裡離子電池充放電的過程中能穩定存在，不會發生體積變化而影響電池的循 環性能。
[0005] 石墨締是一種作為天然存在于自然界的Ξ維結構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構的材料。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。石墨締具有顯著優異的導電性和導熱性，并且物理性能(如優良的機 械強度、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構來解釋。構成石墨締的碳的四個外圍電子中的Ξ個形成sp2雜 化軌道從而具有σ鍵，而剩下的一個電子和周圍碳原子形成一個π鍵，W提供一個六邊形二 維結構。因此，石墨締具有不同于其它碳同素異形體的能帶結構，并且不具有帶隙（band gap )從而表現出優異的導電性;然而，石墨締是一種半金屬材料，其中電子的費米能級態 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。相應地，由于石墨締可 W被廣泛應用于汽車、能源、航空、建筑、制藥和鋼鐵領域，W及各種電氣電子領域，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 種領域中應用石墨締的技術已有諸多研究在進行。
【發明內容】
[0006] 基于上述現狀，本發明提出了一種石墨締作為導電劑用于裡離子電池正極漿料的 方法。本發明將全新的石墨締作為導電劑材料應用于裡離子電池正極漿料，提供了活性物 質與其它輔料之間合理的配比。
[0007]上述石墨締作為導電劑用于裡離子電池正極漿料的方法，按如下步驟進行： (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劑，攬拌1~5小 時； (2) 粘合劑分散完全后，加入所需量的導電劑石墨締，攬拌0.5~2小時； (3) 導電劑分散完全后，加入所需量的活性物質，攬拌2~6小時。所有組分分散完全后， 適當加入剩余溶劑調整漿料粘度至4000~7000Mpa · S。
[000引上述步驟1中溶劑為N-甲基化咯燒酬(NMP)，粘結劑為聚偏氣乙締(PVDF)。
[0009] 上述步驟 2 中活性物質為 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、導電劑、粘結劑各組分的質量比依次為(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，攬拌設備是雙行星真空攬拌機，漿料溫度是利用向行星攬拌桶通 入相應溫度的恒溫循環水的方法來控制的。
[0012] 本發明的有益效果是:本發明為石墨締導電劑在裡離子電池正極材料實際使用提 供合理可靠的配方及其制備方法，使用石墨締導電劑能夠顯著降低電池的內阻，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性能。
【附圖說明】
[0013]附圖1是實施例1與對比例1的循環ii試容量保持率對比圖。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發明優選實施例作詳細說明。
[001引實施例1 石墨締作為導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的質量比，溶劑NMP為上述各組分總量的90%。粘結劑分散時間為3小時，石墨締分散時間 為2小時，活性物質分散時間為4小時，最終漿料粘度為為6594Mpa · S。
[0016] 對比例1 按照常規的憐酸鐵裡正極漿料生產工藝，按照LiFeP〇4: SP: PVDF =95:2.5:3.5的質量 比，溶劑NMP為上述各組分總量的90%。粘結劑分散時間為3小時，石墨締分散時間為2小時， 活性物質分散時間為4小時，最終漿料粘度為為6127Mpa · S。
[0017] 對實施例1和對比例1所制得的18650型圓柱型裡電池進行電學性能測試，其在1C 下充放，1000次的循環容量保持率，實施例1為97.92%，對比例1為95.23%，對比結果如圖1 所示，能量密度及內阻測試對比結果如表1所示。
[001引實施例2 石墨締作為導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的質量比，溶劑NMP為上述各組分總量的65%。粘結劑分散時間為2小時，石墨締分散時間 為1小時，活性物質分散時間為4小時，最終漿料粘度為為5972Mpa · S。
[0019] 對比例2 按照常規的鉆酸裡正極漿料生產工藝，按照LiCo化：SP :PVDF =95.7: 2.3: 2. ο的質量 比，溶劑ΝΜΡ為上述各組分總量的65%。粘結劑分散時間為2小時，導電劑分散時間為1小時， 活性物質分散時間為4小時，最終漿料粘度為為5326Mpa · S。
[0020] 對實施例2和對比例2所制得的18650型圓柱電池進行電學性能測試，其在1C下充 放，1000次的循環容量保持率，實施例1為97.23%，對比例1為93.23%，能量密度及內阻測試 對比結果如表1所示。
[0021 ]表1各實施例與對比例的能量密度及內阻測試對比結果
從上表可W看出，采用本發明方法制備的正極漿料所制得的裡電池，在能量密度上均 高于常規正極漿料生產工藝所制得的裡電池，在內阻上均低于常規正極漿料生產工藝所制 得的裡電池。
[0022] 本發明提供的石墨締導電劑漿料具有導電性好、克容量高、設備簡單、成本低、適 用范圍廣等特點，不僅可用于普通數碼裡離子電池產品上，還可W應用于動力和儲能裡離 子電池中。
[0023] 本領域的技術人員應認識到，W上實施例僅是用來說明本發明，而并非作為對本 發明的限定，只要在本發明的范圍內，對W上實施例的變化、變形都將落在本發明的保護范 圍。
【主權項】
1. 石墨烯作為導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劑，攪拌1~5小 時； ⑵粘合劑分散完全后，加入所需量的導電劑石墨烯，攪拌0.5~2小時； (3)導電劑分散完全后，加入所需量的活性物質，攪拌2~6小時，所有組分分散完全后， 適當加入剩余溶劑調整漿料粘度至4000~7000Mpa · S。2. 根據權利要求1中所述的石墨烯作為導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)，粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。3. 根據權利要求1中所述的石墨烯作為導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. 根據權利要求1中所述的石墨烯作為導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、導電劑、粘結劑各組分的質量比依次為(90-97) : (1-4): (1 -5 )，溶劑為上述各組分總重量的60%~90%。5. 根據權利要求1中所述的石墨烯作為導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，攪拌設備是雙行星真空攪拌機，漿料溫度是利用向行星攪拌桶 通入相應溫度的恒溫循環水的方法來控制的。
【文檔編號】H01M4/1397GK105870454SQ201610387089
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】田東
【申請人】田東