CN109818044A - 一种石墨烯锂电池正负极配料工艺 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，包括石墨烯电池正极、石墨烯电池负极、电池隔膜、电池电解液及电池导电剂，所述石墨烯电池正极浆料中使用的溶剂为N‑甲基吡咯烷酮，且各固体物质质量百分比为：镍钴锰酸锂：95.0％～98.0％；聚偏氟乙烯：1.5％～2.5％；油性石墨烯：0.5％～1.5％；各物质的质量百分比的总和为100.0％；所述石墨烯电池负极浆料中使用的溶剂为去离子水，且各固体物质质量百分比为：硅碳：93.5％～95.5％；羧甲基纤维素钠：1.0％～2.0％；粘结剂：1.5％～3.5％；导电剂：0.3％～1.0％。本发明提供了一种优越的石墨烯锂电池正负极配料工艺，按照此工艺制作的石墨烯锂电池安全性能高，室温条件下，按照1C充放电制度连续充放电，800次循环后容量保持率高于80％，满足小型电动工具、太阳能路灯储能及儿童玩具的使用要求。

Description

一种石墨烯锂电池正负极配料工艺

技术领域

本发明属于锂电池生产技术领域，具体涉及一种石墨烯锂电池正负极配料工艺。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早发明锂电池的科学家是爱迪生。当然，现在人们对锂电池已经完全不陌生了，尤其是其广泛应用于汽车、电动车等交通工具领域后，人们对锂电池的关注更是提升了一个档次。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正负极材料在各方面性能差异很大，导致业内对正负极材料路线和配料比的纷争增大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种优越的石墨烯锂电池正负极配料工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，包括石墨烯电池正极、石墨烯电池负极、电池隔膜、电池电解液及电池导电剂，所述石墨烯电池正极浆料中使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，且各固体物质质量百分比为：镍钴锰酸锂：95.0％～98.0％；聚偏氟乙烯：1.5％～2.5％；油性石墨烯：0.5％～1.5％；各物质的质量百分比的总和为100.0％；所述石墨烯电池负极浆料中使用的溶剂为去离子水，且各固体物质质量百分比为：硅碳：93.5％～95.5％；羧甲基纤维素钠：1.0％～2.0％；粘结剂：1.5％～3.5％；导电剂：0.3％～1.0％；各物质的质量百分比的总和为100.0％。

所述镍钴锰酸锂为LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂中的一种或几种。

所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LA132型水性粘合剂、LA133型水性粘合剂中的一种或几种。

所述电池隔膜上涂覆有涂覆材料，所述涂覆材料为三氧化二铝、一水合氧化铝、硫酸钡、坡缕石中的一种或几种。

所述正负极导电剂为导电炭黑、导电石墨、富勒烯碳中的一种或几种。

所述电池电解液为添加离子液体的五元体系功能材料，所述离子液体的浓度为0.5～1.0mol/L；所述电池电解液中的锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为0.8～1.3mol/L，所述电池电解液中溶剂的体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸亚乙烯酯：亚硫酸乙烯酯＝1.5～2.5：3.5～4.5：0.5～1.5：1.5～2.5。

所述离子液体的阴离子化学结构如式(一)所示：

所述离子液体的阳离子包括季铵离子、哌啶离子、吡咯离子、季鏻离子、吡唑离子、咪唑离子中的一种或几种，化学结构如式(二)所示：

其中，R₁-R₄和R₁₈-R₂₁分别独立的选择碳原子数为1-8的烷基或取代烷基；R₅、R₆、R₁₂、R₁₃、R₂₆、R₃₁分别独立的选择碳原子数为1-6的烷基；R₇-R₁₁、R₁₄-R₁₇、R₂₂-R₂₅、R₂₇-R₃₀分别独立的选择氢原子、卤素原子、或碳原子数为1-6的烷基或取代烷基。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种优越的石墨烯锂电池正负极配料工艺，按照此工艺制作的石墨烯锂电池安全性能高，室温条件下，按照1C充放电制度连续充放电，800次循环后容量保持率高于80％，能够满足小型电动工具、太阳能路灯储能及儿童玩具的使用要求。

具体实施方式

以下给出具体的实施例，对本发明作进一步说明。

以下实施例中，除特别说明外，物质的配比为质量比或质量百分比。

正极浆料：

镍钴锰酸锂LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂：聚偏氟乙烯：油性石墨烯＝97.0％：1.8％：1.2％。按计量比加入聚偏氟乙烯，按计量比准备聚偏氟乙烯和正极浆料溶剂N-甲基吡咯烷酮，先加N-甲基吡咯烷酮再加聚偏氟乙烯，使聚偏氟乙烯浓度为4.0wt％；公转35rpm、自转200rpm搅拌10min刮料后进行正常搅拌，公转35rpm、自转2200rpm真空搅拌4h；按计量比加入油性石墨烯，公转55rpm、自转600rpm搅拌20min刮料后，公转65rpm、自转2600rpm，真空搅拌2h；按计量比加入镍钴锰酸锂LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，公转45rpm、自转2300rpm搅拌15min刮料后进行正常搅拌，公转65rpm、自转2700rpm搅拌150min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为30min，公转25rpm，自转1600rpm；粘度要求7000～9000cp；参考固含量60～75wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布机将合格浆料均匀涂覆在铝箔双面，极片涂覆长度为762mm，涂覆面密度为49.2mg/cm²后；将涂覆合格的极卷辊压，控制辊压厚度为0.16mm、并分条成宽度为57mm的极片等程序制得满足技术要求的正极极片。

负极浆料：

硅碳：羧甲基纤维素钠：丁苯橡胶乳液：导电炭黑：富勒烯碳＝95.5％：2.5％：1.3％：0.7％。按计量比准备羧甲基纤维素钠和去离子水，先加去离子水再加羧甲基纤维素钠，使羧甲基纤维素钠浓度为5wt％；公转35rpm、自转400rpm搅拌10min刮料后进行正常搅拌，公转35rpm、自转2600rpm、搅拌120分钟；加入丁苯橡胶乳液公转45rpm、自转500rpm搅拌90分钟；按计量比加入导电炭黑、富勒烯碳和硅碳，公转65rpm、自转700rpm搅拌30min刮料后进行正常搅拌，公转60rpm、自转2600rpm搅拌180min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为30min，公转20rpm，自转1200rpm；粘度要求3000～4500cp；参考固含量35～45wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布机将合格浆料均匀涂覆在铜箔双面，极片涂覆长度为805mm，涂覆面密度为10.65mg/cm²后；将涂覆合格的极卷辊压，控制辊压厚度为0.077mm、并分条成宽度为59mm的极片等程序制得满足技术要求的负极极片。

电池的隔膜上涂覆有涂覆材料，涂覆材料为三氧化二铝。锂电池的电解液为添加离子液体的五元体系功能材料，离子液体浓度为0.6mol/L；电解液中锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为0.9mol/L，电解液中溶剂体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸亚乙烯酯：亚硫酸乙烯酯：七甲基二硅胺烷＝2.0：4.0：1.0：2.0：0.8。其中阴阳离子化学结构分别如式(三)和式(四)：

将制备合格的正极极片、负极极片与三氧化二铝涂覆隔膜一起经过卷绕机制备出额定容量为3.5Ah的18650圆柱电池，并进行装配，注液、搁置、化成及分容等程序。检测电池各项指标，合格后入库。对电池性能进行检测，检测结果如下表所示。电池相关性能测试方法要求按照GB/T 31484-2015、GB/T 31485-2015、GB/T 31486-2015标准执行(以下同)。

电压	内阻	能量密度	穿刺、挤压等试验	800次循环后容量(1C)
					3.94V	37mΩ	300Wh/Kg	有烟、不燃烧	2.97Ah

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：包括石墨烯电池正极、石墨烯电池负极、电池隔膜、电池电解液及电池导电剂，所述石墨烯电池正极浆料中使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，且各固体物质质量百分比为：镍钴锰酸锂：95.0％～98.0％；聚偏氟乙烯：1.5％～2.5％；油性石墨烯：0.5％～1.5％；各物质的质量百分比的总和为100.0％；所述石墨烯电池负极浆料中使用的溶剂为去离子水，且各固体物质质量百分比为：硅碳：93.5％～95.5％；羧甲基纤维素钠：1.0％～2.0％；粘结剂：1.5％～3.5％；导电剂：0.3％～1.0％；各物质的质量百分比的总和为100.0％。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述镍钴锰酸锂为LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LA132型水性粘合剂、LA133型水性粘合剂中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述电池隔膜上涂覆有涂覆材料，所述涂覆材料为三氧化二铝、一水合氧化铝、硫酸钡、坡缕石中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述电池导电剂为导电炭黑、导电石墨、富勒烯碳中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述电池电解液为添加离子液体的五元体系功能材料，所述离子液体的浓度为0.5～1.0mol/L；所述电池电解液中的锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为0.8～1.3mol/L，所述电池电解液中溶剂的体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸亚乙烯酯：亚硫酸乙烯酯＝1.5～2.5：3.5～4.5：0.5～1.5：1.5～2.5。

7.根据权利要求6所述的一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述离子液体的阴离子化学结构如式(一)所示：

8.根据权利要求6所述一种石墨烯锂电池正负极配料工艺，其特征在于：所述离子液体的阳离子包括季铵离子、哌啶离子、吡咯离子、季鏻离子、吡唑离子、咪唑离子中的一种或几种，化学结构如式(二)所示：

其中，R₁-R₄和R₁₈-R₂₁分别独立的选择碳原子数为1-8的烷基或取代烷基；R₅、R₆、R₁₂、R₁₃、R₂₆、R₃₁分别独立的选择碳原子数为1-6的烷基；R₇-R₁₁、R₁₄-R₁₇、R₂₂-R₂₅、R₂₇-R₃₀分别独立的选择氢原子、卤素原子、或碳原子数为1-6的烷基或取代烷基。