一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑及其鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑及其鋰離子電池，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：80?120份石墨烯、20?45份乙炔黑、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。本發(fā)明以石墨烯為主，輔以乙炔黑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容量，降低電池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命；在制備鋰離子電池2C倍率卻提高了6?10%，節(jié)省了成本，使得鋰離子電池更具有競爭力。
【專利說明】
一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑及其鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 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 墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑及其鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 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。
[0003] 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格昂貴，且作為導(dǎo)電劑使用時存在分散困難的缺點(diǎn)。
[0004] 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，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，會降低電池的能量 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，會增大電池內(nèi)阻，電池發(fā)熱量 增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 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)壽命的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑及其鋰離子電池。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為:80_120份石墨 烯、20-45份乙炔黑、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)動速度達(dá)到了 光速的1/300,同時石墨烯獨(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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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50-1500m 2/g。
[0011] 作為優(yōu)選，助劑由以下重量份的原料組成：羥乙基纖維素5-10份、納米二氧化鈦 10-15份、松節(jié)醇5-10份與硅烷偶聯(lián)劑15-25份。
[0012] 作為優(yōu)選，所述石墨烯復(fù)合導(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°C超聲分散 l〇-25min，得到預(yù)混液A; 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在78-90 °C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°C，攪拌3-6h，冷卻后研磨 成粒徑為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。
[0013]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°C，攪拌3h，之后洗 凈并烘干。
[0014] 作為優(yōu)選，超聲頻率為50-65KHZ。
[0015] 一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液，所述正極片包括正極集流 體以及設(shè)置在該正極集流體上的正極活性材料，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及設(shè)置在該 負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料，所述鋰離子電池包括以上所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述 石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑均勻分散于正極活性材料與負(fù)極活性材料中。
[0016] 本發(fā)明的有益效果： 1) 本發(fā)明以石墨烯為主，輔以乙炔黑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容 量，降低電池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命； 2) 本發(fā)明制備的石墨烯導(dǎo)電劑在制備鋰離子電池2C倍率卻提高了 6-10%，節(jié)省了成 本，使得鋰離子電池更具有競爭力； 3) 本發(fā)明制得的導(dǎo)電劑電子傳導(dǎo)能力強(qiáng)且熱量傳導(dǎo)均勻，摻雜到鋰離子電池里面具有 較強(qiáng)的吸液保液能力。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0018] 本發(fā)明所用石墨烯購自寧波墨西科技有限公司，其余原料均可從市場購得。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 墨稀片層構(gòu)成的碳質(zhì)材料，比表面積為50-1500m2/g。
[0019] 一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液，所述正極片包括正極集流 體以及設(shè)置在該正極集流體上的正極活性材料，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及設(shè)置在該 負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料，所述鋰離子電池包括石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合 導(dǎo)電劑均勻分散于正極活性材料與負(fù)極活性材料中。
[0020] 實(shí)施例1 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為:80份石墨烯、20 份乙炔黑、30份壬基酚聚氧乙烯醚、10份單乙醇胺，200份溶劑、2份助劑、7份導(dǎo)電高分子劑、 2份玻璃微珠與3份乙酰丙酮銥。
[0021] 溶劑為環(huán)己酮。
[0022] 導(dǎo)電高分子劑為聚乙炔。
[0023]助劑由以下重量份的原料組成:羥乙基纖維素5份、納米二氧化鈦10份、松節(jié)醇5份 與硅烷偶聯(lián)劑15份。
[0024]石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑的制備方法包括以下步驟： 1) 石墨烯先加入在醋酸中，升溫至90°C，攪拌3h，之后洗凈并烘干;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°C超聲分散lOmin，得到預(yù)混液A;超聲頻率為 50KHz； 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在78°C下攪拌30min，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°C，攪拌3h，冷卻后研磨成粒徑 為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。
[0025] 實(shí)施例2 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為:90份石墨烯、35 份乙炔黑、38份壬基酚聚氧乙烯醚、17份單乙醇胺，260份溶劑、3份助劑、8份導(dǎo)電高分子劑、 3份玻璃微珠與5份乙酰丙酮銥。
[0026]溶劑為乙醇。
[0027] 導(dǎo)電高分子劑為聚對苯乙稀。
[0028]助劑由以下重量份的原料組成:羥乙基纖維素7份、納米二氧化鈦13份、松節(jié)醇8份 與硅烷偶聯(lián)劑18份。
[0029]石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑的制備方法包括以下步驟： 1) 石墨烯先加入在醋酸中，升溫至90°C，攪拌3h，之后洗凈并烘干;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60 °C超聲分散19min，得到預(yù)混液A;超聲頻率為 60KHz； 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在85°C下攪拌40min，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180°C，攪拌4h，冷卻后研磨成粒徑 為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。
[0030] 實(shí)施例3 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：120份石墨烯、 45份乙炔黑、45份壬基酚聚氧乙烯醚、25份單乙醇胺，300份溶劑、2-3份助劑、10份導(dǎo)電高分 子劑、4份玻璃微珠與8份乙酰丙酮銥。
[0031]溶劑為環(huán)戊酮。
[0032]導(dǎo)電高分子劑為聚苯胺。
[0033]助劑由以下重量份的原料組成:羥乙基纖維素10份、納米二氧化鈦15份、松節(jié)醇10 份與硅烷偶聯(lián)劑25份。
[0034] 石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑的制備方法包括以下步驟： 1) 石墨烯先加入在醋酸中，升溫至90°C，攪拌3h，之后洗凈并烘干;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65°C超聲分散25min，得到預(yù)混液A;超聲頻率為 65KHz； 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在90°C下攪拌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220°C，攪拌6h，冷卻后研磨成粒徑 為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。
[0035] 實(shí)施例4 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為:90份石墨烯、45 份乙炔黑、30份壬基酚聚氧乙烯醚、20份單乙醇胺，250份溶劑、2份助劑、9份導(dǎo)電高分子劑、 3份玻璃微珠與6份乙酰丙酮銥。
[0036]溶劑為四氫呋喃。
[0037]導(dǎo)電高分子劑為聚乙炔。
[0038]助劑由以下重量份的原料組成:羥乙基纖維素9份、納米二氧化鈦14份、松節(jié)醇7份 與硅烷偶聯(lián)劑23份。
[0039 ]石墨烯復(fù)合導(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°C超聲分散 15min，得到預(yù)混液A;超聲頻率為60KHz; 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在78-90°C下攪拌45min，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190°C，攪拌5h，冷卻后研磨成粒徑 為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。
[0040] 對比例1，以炭黑為導(dǎo)電劑。
[0041] 將實(shí)施例1-4制的的石墨烯導(dǎo)電劑與對比例1的導(dǎo)電劑制作成軟包裝鋰離子電池， 進(jìn)行循環(huán)性能測試，結(jié)果如下：

本發(fā)明采用石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容量，降低 電池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命;2C倍率卻提高了 6-10%，節(jié)省了成本，使得鋰離子電池更具 有競爭力。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解的是，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變 換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為： 80-120份石墨烯、20-45份乙炔黑、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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，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。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，所述導(dǎo)電高分子劑為聚 乙炔、聚對苯乙烯或聚苯胺。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，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 m2/g。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，助劑由以下重量 份的原料組成:羥乙基纖維素5-10份、納米二氧化鈦10-15份、松節(jié)醇5-10份與硅烷偶聯(lián)劑 15-25 份。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，所述石墨烯復(fù)合導(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55-65Γ超聲分散 l〇-25min，得到預(yù)混液A; 2) 將乙炔黑、單乙醇胺與乙酰丙酮銥與剩下的溶劑混合，在78-90°C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°C，攪拌3-6h，冷卻后研磨 成粒徑為10-20nm，得到石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，步驟1)石墨烯在混合前 先加入在醋酸中，升溫至90°C，攪拌3h，之后洗凈并烘干。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種石墨稀復(fù)合導(dǎo)電劑，其特征在于，超聲頻率為50-65KHz。9. 一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液，所述正極片包括正極集流體 以及設(shè)置在該正極集流體上的正極活性材料，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及設(shè)置在該負(fù) 極集流體上的負(fù)極活性材料，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權(quán)利要求1所述的石墨烯 復(fù)合導(dǎo)電劑，所述石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑均勻分散于正極活性材料與負(fù)極活性材料中。
【文檔編號】H01M4/62GK105958074SQ201610367524
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】曹長河, 劉旭, 汪泉
【申請人】寧波維科電池股份有限公司