[發明專利]一種氮摻雜石墨烯導電劑及其制備方法、包含該導電劑的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201710258617.7
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN106992301A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 趙小培;盧錫洪;馮浩檳
• 申請（專利權）人: 廣州圖正能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/42;H01M10/0525;C01B32/194
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技術領域

本發明涉及氮摻雜石墨烯導電劑工藝技術領域，特別是一種氮摻雜石墨烯導電劑及其制備方法、包含該導電劑的鋰離子電池。

背景技術

鋰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、自放電微弱等鎳氫、鎳鎘二次電池無可比擬的優點。自1991 年問世以來，經過10 余年的發展，鋰離子電池已經主導了小型便攜電池的市場，如大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機等的電池。隨著鋰離子電池的性能的完善，待以時日鋰離子電池必將進入大型動力電池的市場，如電動汽車的電池。隨著動力鋰離子電池的迅猛發展，價格較為昂貴、資源有限的鈷氧化物已經不堪重負。研究者已經將目光轉移到資源豐富、環境友好、價格便宜的錳氧化物，磷酸鹽等材料。這些材料的電導率都很低，但還要保持良好的大倍率充放電特性、較長的使用壽命，這正是目前動力鋰離子電池工業所面臨的一個巨大挑戰。作為鋰離子電池重要組成部分的導電劑，對改善電池性能有著重要的作用。能夠提高充放電倍率、循環穩定性的新型導電劑的研究開發，已經成了鋰離子電池研究的一個重要課題。

目前常用的鋰離子電池導電劑有乙炔黑、碳黑、人造石墨、天然石墨和石墨烯等。

人造石墨和天然石墨作為導電劑雖然能有效地提高鋰離子電池的比容量，但隨著充放電倍率的增大，比容量都有較大程度的降低，原因是復合材料的極化導致了充電不完全，而極化很大程度上歸因于導電性差，電子不能迅速轉移。碳黑是常用的鋰離子電池的導電劑之一。其價格便宜，使用方便，但在碳黑表面大多都有一層焦油，這在一定程度上影響了碳黑原有的電特性。要想使鋰離子電池保持大倍率充放電性能則需要較多的碳黑，添加量要高達10(wt)%以上，不利于工業化生產。乙炔黑性能相對導電性較好，但其與活性物質的接觸點是點接觸，限制了導電作用的發揮，增加了導電劑添加量。石墨烯作為導電劑，與活性物質的接觸點為點-面接觸，可以最大化的發揮導電劑等作用，減少導電劑的用量，提升鋰離子電池的能量密度，但是石墨烯的片狀結構，會對鋰離子擴散形成阻礙，從而造成電池的倍率性能下降。

發明內容

本發明的最主要目的在于提供了一種氮摻雜石墨烯導電劑及其制備方法以及包含該導電劑的鋰離子電池，具有導電性好、產率高、性能優異和可大規模生長的特點。

本發明可以通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種氮摻雜石墨烯導電劑，包括以下步驟：以石墨粉為原料制備得到氧化石墨烯粉末，使用化學氣相沉積法，在常壓狀態，氨氣氣體氣氛圍下，高溫加熱得到摻雜量為4-8wt%的氮摻雜石墨烯材料；所述加熱溫度為400～600℃，加熱時間為0.5～2h，其中氨氣的流量為50～300sccm。

進一步地，所述氨氣流量為300sccm，所述的高溫溫度為550℃，所述加熱的時間為1h。

進一步地，所述氨氣為高純氨。

同時，本發明還公開了根據上述氮摻雜石墨烯導電劑的制備方法所得的氮摻雜石墨烯導電劑。

此外，本發明還公開了一種鋰離子電池，包括上述氮摻雜石墨烯導電劑的制備方法所得的氮摻雜石墨烯導電劑。

進一步地，所述鋰離子電池的正極材料為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰和/或鈷酸鋰。

進一步地，所述鋰離子電池的負極材料為人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、硅碳復合材料和/或鈦酸鋰。

進一步地，所述鋰離子電池的制作方法包括正極片制作和負極片制作；

正極片制作：先將5～10wt%粘結劑與溶劑制成膠液，再加入1～3wt%改性石墨烯導電劑分散好，最后加入75～90wt%的正極活性材料，混合成漿料，調節粘度，在鋁箔上涂布出極片，輥壓分切得到正極片；

負極片制作：先將2～4wt%增稠劑與去離子水配置成膠液，加入1～2wt%石墨烯導電劑分散好，再加入90～98wt%的負極活性材料，最后加2～4wt%粘結劑，混合成漿料，調節粘度，在銅箔上涂布出極片，得到負極片。

進一步地，所述正極片、負極片通過卷繞成型，正極片、負極片之間采用隔膜分開，電解液采用1mol/L的LiPF₆的電解液。

本發明氮摻雜石墨烯導電劑具有如下有益的技術效果：

本發明提供的制備方法簡單，原料簡便易取，操作簡單，易于實現，制備得到的氮摻雜石墨烯。以所述改性石墨烯作為導電劑應用于鋰離子電池。能有效使添加量減少節省成本，同時能有效提高鋰離子電池的容量，為目前資源緊缺問題提供了很好的材料，具備極大的應用前景。

附圖說明

附圖1為氮摻雜石墨烯導電劑的TEM測試結果；