CN104393239B - 一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法 - Google Patents

一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，包括有以下步骤：（1）配浆，按照负极材料:粘结剂:溶剂=40～95:5～60:50～200，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000 r/min进行分散1～4h，处理完成后的得到负极浆料；（2）涂布；（3）制备石墨烯导电剂；与传统的石墨烯粉末导电剂相比，本发明方法属于在极片中利用粘结剂作为固态碳源生长成石墨烯，不存在分散的难题，石墨烯在活性物质中分散均匀，可以充分发挥出石墨烯的三维导电网络，大幅提升负极极片的容量、倍率、循环性能；本发明工艺简单，操作方便，生产设备少，未使用浓酸氧化剂制备的石墨烯粉末原料，环保绿色，便于推广应用，适于大规模生产。

Description

一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域技术，尤其是指一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有工作电压高、比能量高和循环寿命长等优点，近年来得到了迅速发展，在手机、UPS 电源、笔记本电脑、电动工具、电动自行车和电动汽车等移动设备中的应用越来越广泛。同时，由于电动汽车的推广，锂离子电池的倍率、循环性能需要进一步的提高。石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，自从 2004 年发现以来，一直备受关注。石墨烯具有优良的电学、热学、光学和机械性能，有望在电池材料、储能材料、电子器件、复合材料等领域得到广泛的应用。中国专利CN 103402913 A使用氧化石墨制备的石墨烯粉末作为锂离子电池的导电剂使电池获得容量大、功率高等优异性能。但是石墨烯是纳米材料，在电池配浆的过程中加入难免会出现分散难、易团聚等技术难题，使得所组装的电池的批次稳定性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，其引入的石墨烯粉末在极片中分散良好，导电性高，大大提高极片的综合性能。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，包括有以下步骤：
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=40～95:5～60:50～200，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000 r/min进行分散1～4h，处理完成后的得到负极浆料；
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂；
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在10～60分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到500～1200℃时，保温60～360分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
作为一种优选方案，所述粘结剂为CMC、SBR、PVDF、PAA的至少一种。
作为一种优选方案，所述溶剂为水、NMP、酒精的至少一种。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
与传统的石墨烯粉末导电剂相比，本发明方法属于在极片中利用粘结剂作为固态碳源生长成石墨烯，不存在分散的难题，石墨烯在活性物质中分散均匀，可以充分发挥出石墨烯的三维导电网络，大幅提升负极极片的容量、倍率、循环性能；本发明工艺简单，操作方便，生产设备少，未使用浓酸氧化剂制备的石墨烯粉末原料，环保绿色，便于推广应用，适于大规模生产。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例制备流程示意图；
图2是本发明之较佳实施例制备得到的负极极片在SEM电镜下得到的图像。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明揭示一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，包括有以下步骤：
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=40～95:5～60:50～200，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000 r/min进行分散1～4h，粘结剂为CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)、PVDF(聚偏氟氯乙烯)、PAA(聚丙烯酸)的至少一种；溶剂为水、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、酒精的至少一种；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在10～60分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到500～1200℃时，保温60～360分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
下面用具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=40:5:50，加入到高速搅拌机中，使用转速500 r/min进行分散2h，在本实施例中，粘结剂采用CMC，溶剂采用水；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在10分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到500℃时，保温120分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例2
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=45:10:80，加入到高速搅拌机中，使用转速1000 r/min进行分散1h，在本实施例中，粘结剂采用SBR，溶剂采用NMP；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在15分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到800℃时，保温60分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例3
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=50:18:100，加入到高速搅拌机中，使用转速800 r/min进行分散1.5h，在本实施例中，粘结剂采用PVDF，溶剂采用酒精；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在23分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到900℃时，保温150分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例4
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=60:32:120，加入到高速搅拌机中，使用转速2000 r/min进行分散2.2h，在本实施例中，粘结剂采用CMC+SBR，溶剂采用水+NMP；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在33分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到1130℃时，保温210分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例5
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=72:45:130，加入到高速搅拌机中，使用转速2200 r/min进行分散3h，在本实施例中，粘结剂采用PVDF+PAA；溶剂采用NMP+酒精；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在40分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到1000℃时，保温250分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例6
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=80:50:150，加入到高速搅拌机中，使用转速3000 r/min进行分散3.2h，在本实施例中，粘结剂采用SBR+PVDF，溶剂采用水+酒精；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在45分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到1100℃时，保温300分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例7
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=90:55:180，加入到高速搅拌机中，使用转速4000 r/min进行分散3.5h，在本实施例中，粘结剂采用CMC+SBR+PVDF，溶剂采用水+NMP；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在55分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到1150℃时，保温330分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
实施例8
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=95:60:200，加入到高速搅拌机中，使用转速5000 r/min进行分散4h，在本实施例中，粘结剂采用CMC+SBR+PVDF+PAA，溶剂采用水+NMP+酒精；处理完成后的得到负极浆料。
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂。
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在60分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到1200℃时，保温360分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
对比例1
常规的石墨负极极片。
对比例2
使用石墨烯粉末作为导电剂的石墨负极极片。
为检测本发明引入石墨烯导电剂的锂离子电池负极极片的性能，用半电池测试方法测试，用以上实施例和对比例的负极片, 电解液为1M LiPF6/EC+DEC+DMC ＝ 1 ∶ 1 ∶1，聚丙烯微孔膜为隔膜，对电极为锂片，组装成电池。在LAND电池测试系统进行恒流充放电实验，充放电电压限制在 0.01-3.0 V，用计算机控制的充放电柜进行数据的采集及控制，得到的数据如下表1所示：
表 1 表示的实施例1～8的制备的负极极片和对比例1、2石墨负极极片的性能。
从表1可以看出，用本发明方法制备的得到负极极片可以大幅度提高锂离子电池负极极片的各项性能。
并且，实施例1的SEM电镜图片显示，负极极片中活性物质被粘结剂生成的石墨烯包围着，形成了高导电的三维导电网络。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）配浆
按照负极材料:粘结剂:溶剂=40～95:5～60:50～200，加入到高速搅拌机中，使用转速500～5000 r/min进行分散1～4h，处理完成后的得到负极浆料；所述粘结剂为CMC、SBR、PAA的至少一种；
（2）涂布
将涂布用的铜箔清洗干净并干燥，然后将负极浆料涂覆在铜箔上，接着对负极浆料进行干燥以除去溶剂；
（3）制备石墨烯导电剂
将涂覆负极浆料的铜箔放入反应室，密封后对所述反应室抽真空至 10-2pa 以下，抽真空时间维持在10～60分钟，接着对所述铜箔进行加热，当温度达到500～1200℃时，保温60～360分钟后，停止加热，随后冷却至室温，在所述铜箔集流体上即可制得引入石墨烯导电剂的负极极片。
2.根据权利要求1所述的一种引入石墨烯导电剂锂离子电池负极极片制备方法，其特征在于：所述溶剂为水、NMP、酒精的至少一种。
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