[發明專利]一種鋰離子電池石墨烯導電劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410468610.4
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104505513B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 曹長河;潘美姿;顏雪冬;馬興立;趙亞
• 申請（專利權）人: 寧波維科電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種降低成本、提高導電性能和循環壽命的鋰離子電池石墨烯導電劑及其制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池作為一種新型高能二次電源，具有比能量大、放電電壓平穩、電壓高、低溫性能好、無污染、安全性能優越以及儲存和工作壽命長、利用率高等優點。

現有技術的鋰離子電池主要使用導電石墨、乙炔黑和碳納米管作為導電劑，乙炔黑是由呈球形的無定形碳顆粒組成的鏈狀物，是目前使用最為廣泛的導電劑，價格低廉，但為了達到增強電極活性物質間相互接觸的目的，所需要的添加量較大，從而造成電極容量的下降；碳納米管是呈線型的一維碳質材料，與乙炔黑相比，碳納米管具有更佳的導電性能且添加量少，但目前碳納米管的價格昂貴，且作為導電劑使用時存在分散困難的缺點。

中國專利公開號CN?1529382?A，公開日2004年9月15日，名稱為大功率塑料鋰離子電池的發明專利，該申請案公開了一種大功率塑料鋰離子電池，包括正極片、負極片、電介質膜材料、電解液材料、軟復合包裝材料和塑料外殼，正極片包括正極材料、黏結劑、DBP、碳黑、鋁網，負極片包括負極材料、黏結劑、DBP、碳黑、銅網，電解質膜材料包括黏結劑、二氧化硅、DBP。正極片、負極片和電解質膜通過加熱復合制成單元電芯，將單元電芯疊合，采用復合膜材料包裝后，形成組合電池，引出極耳，使組合電池的正、負極通過極耳材料與正、負極端子連接，將組合電池置于塑料和體內，使蓋與盒體通過超聲波融合，形成完整的大功率塑料鋰離子電池。其不足之處在于，現有技術為了防止高倍率放電時，電池極耳處和電芯發熱量過大，縮短電池循環性能而增加導電炭黑含量，在降低發熱量的同時，會降低電池的能量密度；為了增加電池高倍率循環壽命，選擇增加粘結劑含量，會增大電池內阻，電池發熱量增大。

發明內容

本發明的目的在于為了解決現有因導電劑添加量大而使得電極容量下降，使用碳納米管成本高的缺陷而提供一種降低成本、提高導電性能和循環壽命的鋰離子電池石墨烯導電劑。

本發明的另一個目的是為了提供一種鋰離子電池石墨烯導電劑的制備方法。

為了實現上述目地，本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池石墨烯導電劑，所述石墨烯導電劑各組分的質量份數為：25-30份石墨烯、10-15份聚乙二醇、5-10份單乙醇胺，100-160份溶劑、1-5份稀土元素、0.5-1份碳化鈦。在本技術方案中，石墨烯的結構可以理解為單層的石墨，因此具有極其優良的導電性，其中電子的運動速度達到了光速的1/300，同時石墨烯獨特的二維納米層狀結構以及巨大的比表面積相比于碳納米管或炭黑等作為導電劑具有更為突出的優勢；

而選用聚乙二醇與單乙醇胺則是為了提高石墨烯在溶劑中的分散均勻性，解決石墨烯部分分散困難的問題；

稀土元素的選用可以使得石墨烯在磁場的作用下使其更易分散，與聚乙二醇、單乙醇胺產生協同分散作用，而石墨烯分散均勻可以使得石墨烯導電劑既發揮高的電子導電性的優勢提高離子的傳輸速率，又可以發揮巨大的比表面積優勢提高反應過程中活性材料的吸液保液能力及其鋰離子的傳輸能力。

碳化鈦的加入主要是為了提高電池的穩定性，從而提高電池的安全性能。

作為優選，所述溶劑為水、乙醇、丙酮中的一種或幾種混合。

作為優選，所述稀土元素為鋱或釓。

作為優選，石墨烯為粒徑分布于10納米-100微米的黑色粉末，是由單層-1000層相平行或接近于平行的石墨烯片層構成的碳質材料，比表面積為50-1500m²/g。

一種鋰離子電池石墨烯導電劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

1)將石墨烯、單乙醇胺與一半的溶劑混合，超聲分散10-25min，得到預混液A；

2)將聚乙二醇、稀土元素與剩下的溶劑混合，在30-45℃下攪拌30-60min，得到預混液B；

3)將步驟1)得到的預混液A與步驟2)得到的預混液B攪拌混合并加入碳化鈦，得到鋰離子電池石墨烯導電劑。

作為優選，步驟3)中加入碳化鈦的同時施加強度為3000-4500GS的磁場。

作為優選，步驟3)中，待碳化鈦完全加入后，將磁場強度提高至5000-5500GS，并攪拌15-20min，然后在超聲波條件下超聲分散30-45min。

作為優選，超聲頻率為50-65KHz。

本發明的有益效果是：