[發明專利]含次層石墨烯的正極漿料及制備方法

在審

• 申請號: 201710600467.3
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107546389A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 許驩鑫
• 申請（專利權）人: 昆山正國新能源動力電池有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/182
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技術領域

本發明涉及鋰離子電池用正極漿料及其制備技術領域，特別涉及一種含有石墨烯新材料的正極漿料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池：是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現代高性能電池的代表。

目前,鋰離子電池研究日益廣泛,作為二次綠色電池的鋰離子電池展現出比其它電池具有無可比擬的優點,電壓平臺高、無污染、高比能量、體積小和重量輕等。當前鋰離子電池主要用于小電流放電,但由于電動汽車等的發展，對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。以電動汽車為例，消費者對電動汽車的一個重要評價指標就是速度，速度要高的話，電池的功率就要大，即電池的電流大，而且產熱多。

而現有技術的鋰離子電池的正極材料一般為三元和磷酸鐵鋰，加入的石墨烯添加劑也只是普通石墨烯，即為片狀碳結構，該結構在片層內有良好的導熱和導電效果，而在片層之間由于狄拉克點(電中性點)的存在，使得相互片層之間幾乎處于隔絕狀態，在電流大、產熱多的情況下，不能及時將熱量散出，存在安全隱患，甚至發生爆炸，造成人身傷害，十分危險。

因此具有高倍率大電流放電性能的鋰離子電池材料亟待研究,以適應市場的需要。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種含次層石墨烯的正極漿料，配比合理，導熱性佳，其中次層石墨烯為3-5層片狀石墨烯并摻雜金剛石的新型材料，且加入的金剛石為球狀碳，使得多層片狀石墨烯的相鄰兩層之間導通，提高材料導電性；故本發明在不改變電池其它結構的情況下，增加導熱性，且電池發電過程中產生的熱量被及時散出，使電池在較大電流放電的過程中可以有效減少能耗，并延長電池壽命。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種含次層石墨烯的正極漿料，包括主料、溶劑和添加劑，所述主料為磷酸鐵鋰或三元，所述溶劑為NMP，所述添加劑包括PVDF、SP和次層石墨烯；

各組分的重量百分含量如下：所述主料為56-59％、所述NMP為21-24％、所述PVDF為2-3.5％、所述SP為15-17％和所述次層石墨烯為0.7-1.2％；

所述次層石墨烯包括多層片狀石墨烯和金剛石，所述金剛石位于多層片狀石墨烯的相鄰的兩層之間，所述金剛石與所述的多層片狀石墨烯的碳原子一一對應；

所述多層片狀石墨烯與所述金剛石的重量比為18-19:1；

所述多層片狀石墨烯為3-5層片狀石墨烯，所述多層片狀石墨烯的每層的厚度為0.2-0.5nm；所述多層片狀石墨烯的相鄰兩層的層間距為0.2-0.4nm；

所述金剛石為球狀碳，且所述球狀碳的粒徑為0.7-1.6nm。

進一步地說，所述多層片狀石墨烯與所述金剛石的重量比為18.5:1；

所述多層片狀石墨烯的層數為5層，所述多層片狀石墨烯的每層的厚度為0.5nm；所述多層片狀石墨烯的相鄰兩層的層間距為0.3nm；

所述金剛石為球狀碳，且所述球狀碳的粒徑為0.9nm。

進一步地說，所述次層石墨烯的制備方法按照如下步驟進行：

步驟一、采用化學沉積法制備多層片狀石墨烯：用陰極射線在二氧化硅基體表面沉積一層鎳金屬層，所述鎳金屬層的厚度為200-400nm；

步驟二、在溫度950-1150℃的管式爐中通入甲烷、氫氣和氨氣組成的混合氣以及普通石墨粉，并迅速在100ms以內冷卻到室溫，得到多層片狀石墨烯，此處所述多層片狀石墨烯的層數為3-12層；

步驟三、在十萬級以上潔凈度環境下，通過電子顯微鏡觀測后用分子刀剝離出3-5層片狀石墨烯；

步驟四、將步驟三剝離出的3-5層片狀石墨烯與金剛石按比例混合，在真空100-200Pa、600-800℃高溫下，攪拌34-38h，即得成品。

本發明還提供了一種所述的含次層石墨烯的正極漿料的制備方法，按照如下步驟進行：

步驟a、將主料、NMP和PVDF加入到攪拌桶中，抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持真空的情況下攪拌3.5-4.5h，使其完全充分溶解，即得混合物；

步驟b、在步驟a所述的混合物中按比例加入SP和次層石墨烯；抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持真空的情況下攪拌2-4h，至粘稠度達到8000～12000mPa·s，即得所述正極漿料。