[發(fā)明專利]一種石墨烯導(dǎo)電劑及其鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610365043.9
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN105932289B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹長河;劉旭;汪泉
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波維科電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種降低成本、提高導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命的石墨烯導(dǎo)電劑及其鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高比能量、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來又作為新能源得到人們的青睞，從而飛速發(fā)展，隨著技術(shù)的成熟，人們對鋰離子電池的要求也越來越高。

現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池主要使用導(dǎo)電石墨、乙炔黑和碳納米管作為導(dǎo)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(dǎo)電劑，價(jià)格低廉，但為了達(dá)到增強(qiáng)電極活性物質(zhì)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(zhì)材料，與乙炔黑相比，碳納米管具有更佳的導(dǎo)電性能且添加量少，但目前碳納米管的價(jià)格昂貴，且作為導(dǎo)電劑使用時(shí)存在分散困難的缺點(diǎn)。

中國專利公開號CN 1529382A，公開日2004年9月15日，名稱為大功率塑料鋰離子電池的發(fā)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(fù)極片、電介質(zhì)膜材料、電解液材料、軟復(fù)合包裝材料和塑料外殼，正極片包括正極材料、黏結(jié)劑、DBP、碳黑、鋁網(wǎng)，負(fù)極片包括負(fù)極材料、黏結(jié)劑、DBP、碳黑、銅網(wǎng)，電解質(zhì)膜材料包括黏結(jié)劑、二氧化硅、DBP。正極片、負(fù)極片和電解質(zhì)膜通過加熱復(fù)合制成單元電芯，將單元電芯疊合，采用復(fù)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(fù)極通過極耳材料與正、負(fù)極端子連接，將組合電池置于塑料和體內(nèi)，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(xiàn)有技術(shù)為了防止高倍率放電時(shí)，電池極耳處和電芯發(fā)熱量過大，縮短電池循環(huán)性能而增加導(dǎo)電炭黑含量，在降低發(fā)熱量的同時(shí)，會(huì)降低電池的能量密度；為了增加電池高倍率循環(huán)壽命，選擇增加粘結(jié)劑含量，會(huì)增大電池內(nèi)阻，電池發(fā)熱量增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種降低成本、提高導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命的石墨烯導(dǎo)電劑及其鋰離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種石墨烯導(dǎo)電劑，所述石墨烯導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：120-150份石墨烯、30-45份壬基酚聚氧乙烯醚、10-25份單乙醇胺，200-300份溶劑、2-3份助劑、7-10份導(dǎo)電高分子劑、2-4份玻璃微珠與3-8份乙酰丙酮銥。在本技術(shù)方案中，石墨烯的結(jié)構(gòu)可以理解為單層的石墨，因此具有極其優(yōu)良的導(dǎo)電性，其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，同時(shí)石墨烯獨(dú)特的二維納米層狀結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積相比于碳納米管或炭黑等作為導(dǎo)電劑具有更為突出的優(yōu)勢；而選用壬基酚聚氧乙烯醚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；

玻璃微珠的選用可以使得石墨烯在磁場的作用下使其更易分散，與壬基酚聚氧乙烯醚、單乙醇胺產(chǎn)生協(xié)同分散作用，而石墨烯分散均勻可以使得石墨烯導(dǎo)電劑既發(fā)揮高的電子導(dǎo)電性的優(yōu)勢提高離子的傳輸速率，又可以發(fā)揮巨大的比表面積優(yōu)勢提高反應(yīng)過程中活性材料的吸液保液能力及其鋰離子的傳輸能力。

乙酰丙酮銥的加入主要是為了提高電池的穩(wěn)定性，從而提高電池的安全性能。

作為優(yōu)選，所述溶劑為環(huán)己酮、環(huán)戊酮、乙醇、丙酮、環(huán)己烷或四氫呋喃中的一種。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電高分子劑為聚乙炔、聚對苯乙烯或聚苯胺。

作為優(yōu)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(gòu)成的碳質(zhì)材料，比表面積為50-1500㎡/g。

作為優(yōu)選，助劑由以下重量份的原料組成：乙酸纖維素5-10份、硬脂酸聚氧乙烯酯10-15份、海藻泥5-10份與硅烷偶聯(lián)劑15-25份。

作為優(yōu)選，所述石墨烯導(dǎo)電劑的制備方法包括以下步驟：

1)將石墨烯、壬基酚聚氧乙烯醚與玻璃微珠與一半的溶劑混合，在55-65℃超聲分散10-25min，得到預(yù)混液A；

2)將單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在78-90℃下攪拌30-60min，得到預(yù)混液B；

3)將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入助劑與導(dǎo)電高分子劑，在壓力21000PSI下進(jìn)行高壓分散處理，然后升溫至150-220℃，攪拌3-6h，冷卻后研磨成粒徑為10-20nm，得到石墨烯導(dǎo)電劑。

作為優(yōu)選，步驟1)石墨烯在混合前先加入在醋酸中，升溫至90℃，攪拌3h，之后洗凈并烘干。

作為優(yōu)選，超聲頻率為50-65KHz。