CN109088046A - 一种改性锂离子电池电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性锂离子电池电极的制备方法，以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳极相对放置在液氮、液氩或水的反映媒介中，通入高压电流进行直流电弧放电后制得添加剂碳纳米角或碳洋葱，然后在氮气、氨气中的任一种或二者混合气体的气氛下施加300V‑500V的电压反应一端时间得到改性添加剂，将改性添加剂添加到由活性物质、溶剂、粘结剂和导电剂组成电极浆料中真空环形下高速搅拌得到改性锂离子电池电极；本发明具有有效增强电极的导电性、导热性，有效提高负极锂离子吸附性能，有效提成电极的比能量密度、比功率密度、延长电极循环使用寿命的优点。

Description

一种改性锂离子电池电极的制备方法
技术领域
本发明属于电池电极制备技术领域，具体涉及一种改性锂离子电池电极的制备方法。
背景技术
锂离子电池是目前市面上常见的蓄电池，由于其容量大、使用寿命长，倍受使用人员的喜爱。然而，目前市面上的锂离子电池虽然一定程度上满足人们对电池小体积、大容量、用时长的需求，但是随着人们的在使用锂离子电池的过程中，发现锂离子电池依然存在有以下缺陷：1、电极的比能密度和比功率密度低，导电性能和导热性能差；2、负极的锂离子吸附性能差，在使用过程中不能及时有效的吸附锂离子，导致电极的导电性能弱；3、锂离子电池在长时间使用的过程中，产生过多的热量，电极产生的热量不能及时有效的散发出去，从而严重影响电极的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种有效增强电极的导电性、导热性，有效提高负极锂离子吸附性能，有效提成电极的比能量密度、比功率密度、延长电极循环使用寿命的改性锂离子电池电极的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1-2h：
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1.5-3h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的0.5％-5％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的0.5％-100％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为20nm-120nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃，然后施加300V-500V的电压反应1h-48h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将添加剂按一定比例加入制备电极的浆料中，从而使得添加剂充分填充到电极的缝隙中，有效提升电极的比能量密度、比功率密度，同时增强锂离子电池负极的锂离子吸附性能，从而增强电极的导电性和导热性；
2、本发明中的添加剂以石墨棒作为电极采用电弧法制备作为制作锂离子电池电极的添加剂，并通过渗氮处理对添加剂引入碳氮键，从而提高添加剂的活性，进而使得改性后的添加剂对电极等导电性和耐用性给予提高；
总之，本发明具有有效增强电极的导电性、导热性，有效提高负极锂离子吸附性能，有效提成电极的比能量密度、比功率密度、延长电极循环使用寿命的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1h：
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1.5h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的0.5％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的100％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为20nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃，然后施加300V的电压反应12h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例2
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2h；
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的5％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的50％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为50nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1500℃，然后施加500V的电压反应24h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例3
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2h；
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌3h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的1％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的80％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为90nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃，然后施加300V-500V的电压反应1h-48h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例4
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1h；
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的4％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的50％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为30nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1000℃，然后施加450V的电压反应40h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例5
一种改性锂离子电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
进一步，所述的改性锂离子电池电极的制备方法的具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2h；
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌2.5h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
进一步，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的2％。
进一步，所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的70％。
作为优选的，所述添加剂的粒径尺寸为60nm。
进一步，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1200℃，然后施加350V的电压反应30h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
本发明按电极浆料质量百分比加入粒径在20nm-120nm的碳纳米角或碳洋葱作为添加剂，使得添加剂充分填充到电极的缝隙中，从而提高电极的比能量密度和比功率密度，有效增强电极的导电性能和导热性能。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到锂离子电池的正极浆料和负极浆料中，其具体做法如下：
步骤1、将电池活性物质、溶剂、粘结剂、导电剂充分搅拌均匀形成电极浆料；
步骤2、向步骤1中制得的电极浆料中添加一定质量百分比的前述添加剂在真空环境下高速搅拌。
2.如权利要求1所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，具体做法为：
S21、在正极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成正电极浆料；
S22、在负极活性物质中加入溶剂、粘结剂以及导电剂充分搅拌均匀形成负电极浆料；
S23、将占正电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入正电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1-2h；
S24、将占负电极浆料质量的一定百分含量的添加剂加入负电极浆料中，然后抽真空，在真空环境下高速搅拌1.5-3h；
其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的任一种或几种；所述负极活性物质为石墨、碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、硅、锡中的任一种或多种。
3.如权利要求2所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中正电极浆料中添加的添加剂为正电极浆料质量的0.5％-5％。
4.如权利要求2所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S24中负电极浆料中添加的添加剂为负电极浆料质量的0.5％-100％。
5.如权利要求1所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于：所述添加剂的粒径尺寸为20nm-120nm。
6.如权利要求1所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于，所述添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃，然后施加300V-500V的电压反应1h-48h得到改性添加剂。
7.如权利要求6所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S61中反映媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反映媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
8.如权利要求6所述的改性锂离子电池电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
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