CN103413917A - 含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

含有石墨烯的锰酸锂正极极片，由涂覆材料涂覆在铝箔的表面构成，涂覆材料由正极材料、导电剂、粘结剂组成，其特征是，其重量百分比为正极材料：75～94%、导电剂：1～15%、粘结剂：5～10%。本发明的有益效果是：含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法制得的正极极片提升了电池的容量、循环性能和倍率性能，提高了石墨烯的有效利用率。

Description

含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法
技术领域
 本发明涉及新能源材料技术领域，更具体地说是一种含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于具有输出电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能优越、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子产品和通讯工具中，在这些应用中，除要求其具有大的比容量外，大倍率下的充放电性能也是极其重要的技术指标，为保持电池循环过程中良好的大倍率充放电特性和较长的使用寿命，需在电极中加入导电剂，以填补电极材料在嵌入、脱出锂过程中产生的空隙，保持电极稳定的导电性，但现有技术的导电剂，如导电碳黑或导电石墨，不能从根本上解决正极材料导电性能差的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种导电性能良好的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其原理是：石墨烯作为一种新型的碳质材料，其碳原子最外层电子通过sp2杂化形成大π键，存在大量可以自由移动的电子，具有比其它碳质材料更好的导电性能，是一种优良的导电剂，以石墨烯为导电剂添加到锂离子电池正极材料中，可以在正极材料中形成一个体积电阻率很小的导电网络，明显改善正极材料的导电性能，显著提高电池的充放电效率和循环寿命。
本发明的技术方案为：所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片由涂覆材料涂覆在铝箔的表面构成，涂覆材料由正极材料、导电剂、粘结剂组成，其特征是其重量百分比为正极材料：75～94%、导电剂：1～15%、粘结剂：5～10%。
本发明所述的正极材料，其特征在于正极材料采用锰酸锂。
本发明所述的导电剂，其特征在于导电剂采用石墨烯、乙炔黑中的一种，或二者的混合物。
本发明所述的粘结剂，其特征在于粘结剂采用聚偏氟乙烯。
本发明所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法是：
将石墨烯分散液与锰酸锂、乙炔黑混合，然后，将所得混合物加至聚偏氟乙烯的N-甲基-2吡咯烷酮溶液中混合成浆料，涂覆在铝箔的表面，干燥制得含有石墨烯的锰酸锂电极极片。
本发明所述的石墨烯分散液，其特征在于石墨烯分散液是将石墨烯溶于水或有机分散剂中超声分散得到的悬浮液，静置10～36 小时，去除沉积物后，再静置10～24 小时，制得稳定、均匀的石墨烯分散液，其浓度为0.01～1 mg/ml。
本发明所述的有机分散剂，其特征在于有机分散剂采用无水乙醇、异丙醇、甲醇、乙二醇中的一种或两种的混合物，优选无水乙醇、异丙醇中的一种。
本发明所述超声，其特征在于超声频率为40 KHz，超声功率为120 W，超声时间为20～60 min。
本发明所述悬浮液，其特征在于悬浮液的浓度为1～15 mg/ml，
本发明所述石墨烯，其特征在于石墨烯采用氧化石墨烯经高温还原所得，其氧化石墨烯为单层或层数为2～20层的薄层石墨烯，尺寸介于5 nm～20 μm。
本发明的有益效果是含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法制得的正极极片提升了电池的容量、循环性能和倍率性能，提高了石墨烯的有效利用率。
具体实施方式： 
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明的实施方案，以便公众更好地掌握本发明的具体实施方法。
实施例1
①在250 ml异丙醇中加入2.5 g石墨烯，超声分散30 min，静置12 小时后,去除沉积物，得到石墨烯分散液；
②称取10 g乙炔黑，85 g锰酸锂在球磨机中充分混匀制得混合物，球磨机转速为450 r/min，球磨时间为4小时；
③称取5 g聚偏氟乙烯溶解在50 g N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中搅拌使其充分溶解；
④将上述球磨后的混合物加入到石墨烯分散液中，在100℃温度下，烘干12 小时，得到混合物，再将上述混合物加入到溶解了偏氟乙烯的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，然后转移至高速搅拌机中制得正极浆料；
⑤将所得正极浆料涂覆在铝箔上，在100℃温度下烘干，即可制得正极极片。
实施例2
①在300 ml异丙醇中加入2.5 g石墨烯，超声分散60 min，静置24小时后,去除沉积物，得到石墨烯分散液；
②称取15 g乙炔黑，80 g锰酸锂在球磨机中充分混匀制得混合物，球磨机转速为450 r/min，球磨时间为4小时；
③称取5 g聚偏氟乙烯溶解在55 g N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中搅拌使其充分溶解；
④将上述球磨后的混合物加入到石墨烯分散液中，在100℃温度下，烘干12 小时，得到混合物，再将上述混合物加入到溶解了偏氟乙烯的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，然后转移至高速搅拌机中制得正极浆料；
⑤将所得正极浆料涂覆在铝箔上，在100℃温度下烘干，即可制得正极极片。
实施例3
①在150 ml异丙醇中加入1.3 g石墨烯，超声分散40 min，静置15小时后,去除沉积物，得到石墨烯分散液；
②称取10g乙炔黑，85 g锰酸锂在球磨机中充分混匀制得混合物，球磨机转速为450 r/min，球磨时间为4小时；
③称取5 g聚偏氟乙烯溶解在50 g N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中搅拌使其充分溶解；
④将上述球磨后的混合物加入到石墨烯分散液中，在100℃温度下，烘干12 小时，得到混合物，再将上述混合物加入到溶解了偏氟乙烯的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，然后转移至高速搅拌机中制得正极浆料；
⑤将所得正极浆料涂覆在铝箔上，在100℃温度下烘干，即可制得正极极片。
本发明的有益效果是含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法制得的正极极片提升了电池的容量、循环性能和倍率性能，提高了石墨烯的有效利用率。

Claims (9)

1.含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其含有石墨烯的锰酸锂正极极片由涂覆材料涂覆在铝箔的表面构成，涂覆材料由正极材料、导电剂、粘结剂组成，其特征是其重量百分比为正极材料：75～94%、导电剂：1～15%、粘结剂：5～10%。
2.根据权利要求1所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法是将石墨烯分散液与锰酸锂、乙炔黑混合，然后，将所得混合物加至聚偏氟乙烯的N-甲基-2吡咯烷酮溶液中混合成浆料，涂覆在铝箔的表面，干燥制得含有石墨烯的锰酸锂电极极片。
3.根据权利要求1所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于正极材料采用锰酸锂。
4.根据权利要求1所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于导电剂采用石墨烯、乙炔黑中的一种，或二者的混合物。
5.根据权利要求1所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于粘结剂采用聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求2所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于石墨烯分散液是将石墨烯溶于水或有机分散剂中超声分散得到的悬浮液，静置10～36 小时，去除沉积物后，再静置10～24 小时，制得稳定、均匀的石墨烯分散液，其浓度为0.01～1 mg/ml。
7.根据权利要求2所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于有机分散剂采用无水乙醇、异丙醇、甲醇、乙二醇中的一种或两种的混合物，优选无水乙醇、异丙醇中的一种。
8.根据权利要求2所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于超声频率为40 KHz，超声功率为120 W，超声时间为20～60 min。
9.根据权利要求2所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于悬浮液的浓度为1～15 mg/ml。
10．根据权利要求2所述的含有石墨烯的锰酸锂正极极片的制备方法，其特征在于石墨烯采用氧化石墨烯经高温还原所得，其氧化石墨烯为单层或层数为2～20层的薄层石墨烯，尺寸介于5 nm～20 μm。
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