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一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：S1.正极片制备；S2.负极片制备：将负极主材、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂在负极分散剂中搅匀，抽真空除泡，过筛，均匀涂布至铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；S3.将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，然后注入电解液、封口和化成分容。本发明以纳米MoS2片状材料作为锂离子电池的负极，能够有效提高锂离子电池的倍率性能，减少充电时间，满足高功率场所的使用；减少了电池的易燃因素，且MoS2嵌锂点位相对较高，可有效避免负极析锂现象，提高了电芯的安全性能。

Description

一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种市面上被广泛使用的二次电池，因其自身无毒、寿命长、耐候性好等特点正在被全球各国政府所重视，纷纷加大投资，而随着各类资本的加速入场，锂离子电池在不远的将来势必迎来更加持续的繁荣发展。
然而，作为锂离子电池已经广泛使用的负极材料-石墨，因其自身结构问题导致电池难以适应大电流充电特性，较差的倍充性能，终端使用时充电耗时较长，严重影响客户体验，如何安全有效地提高锂离子电池充电倍率一直是本行业人员努力探索想要解决的难题。
在研究中我们发现，MoS2拥有类似于石墨的层状结构，其中钼原子夹在两层硫原子之间，这在层状家族中是十分常见的结构之一，具有非常好的稳定性，MoS2同时具有较高的理论容量，高达670mAh/g，其本身具有的层状结构特点就易于锂离子快速嵌入-嵌出。
本文所提到的新型纳米MoS2片层材料，MoS2拥有0.61nm层间距，远大于石墨的0.335nm层间距，并且片层不超过8层，故该新型材料能够接受锂离子的快速嵌入-嵌出，同时不至于引发结构膨胀坍塌，使用该新型纳米MoS2材料代替原有的负极的石墨材料能够极大地提高电池倍率性能，拓宽了锂离子电池未来的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，制备得到具备高倍率性能的锂离子电池，该产品能够大幅度减少终端充电时间，减少用户的续航焦虑。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于片层MoS2为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1.正极片制备：将正极主材、导电剂一、导电剂二和正极粘结剂按质量比94～96︰1～3︰1～3︰1～3在正极分散剂中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铝箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
S2.负极片制备：将负极主材、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂按质量比94～96︰1.5～2.5︰1～1.5︰1.5～2.5在负极分散剂中搅拌均匀，抽真空除泡，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
其中，所述负极主材为纳米MoS2片状材料；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，其中，隔膜置于正极片与负极片的中间，将正极片与负极片完全隔开，然后注入电解液、封口和化成分容，得到基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池。
优选地，所述正极主材包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述导电剂一为导电炭黑，所述导电剂二为石墨烯、碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述正极分散剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选地，所述导电剂三为导电炭黑或者石墨烯，所述负极粘结剂为丁苯橡胶乳液，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述负极分散剂二为去离子水。
优选地，所述隔膜为湿法或干法制备的聚乙烯或聚丙烯高分子。
优选地，所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯按体积比1︰2或1︰3混合均匀制成，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
优选地，所述电解液的浓度为1～1.5mol/L。
优选地，步骤S1，正极制料工艺如下：
(1)将正极粘结剂在正极分散剂中搅拌2～3h直至正极粘结剂完全溶解；
(2)加入导电剂一抽真空搅拌30～40min，再加入导电剂二抽真空搅拌30～40min；
(3)将正极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂一调节粘度至3500～5000cP，再慢搅抽真空除泡。
优选地，步骤S2，负极制料工艺如下：
(1)将增稠剂分散至分负极分散剂中，制成固含量为1.67～1.8％的胶液；
(2)将导电剂三加入胶液中，抽真空搅拌30～40min；
(3)将负极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂二调节粘度至2500～3500cP；
(4)加入负极粘结剂，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡。
基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于保护上述制备方法得到的锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
(1)以纳米MoS2片状材料作为锂离子电池的负极，相比较于传统的石墨负极，能够有效提高锂离子电池的倍率性能，减少充电时间，满足高功率场所的使用；
(2)因纳米MoS2片状材料本身就具备高倍率特性，所制备的极片无需像传统的人造石墨一样采用低面密度来提高倍率性能，从而能够有效减少对箔材的使用，可降低成本；
(3)纳米MoS2片状材料具备高容量的特性，所制备出的电芯也同样具备高能量密度的特点。
(4)纳米MoS2片状材料因其金属成分含量高，用该材料代替石墨的使用减少了电池的易燃因素，且MoS2嵌锂点位相对较高，可有效避免负极析锂现象，提高了电芯的安全性能。
附图说明
图1纳米MoS2片状材料的SEM图；
图2纳米MoS2片状材料的TEM图；
图3常温下两种不同负极材料的电芯3C充电曲线图；
图4常温下两种不同负极材料的电芯5C放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意地组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种基于片层MoS2为阳极的高倍率锂离子电池，其制备方法包括如下步骤：
S1.正极片制备：将磷酸铁锂、导电炭黑、石墨烯、碳纳米管和聚偏二氟乙烯按质量比95︰2︰2︰1︰2在N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以150目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至12μm铝箔的正、反两面上，再经辊压(压实密度2.45g/cc)、模切放置烤箱烘烤；
其中，正极制料工艺具体如下：
(1)将聚偏二氟乙烯在N-甲基吡咯烷酮中搅拌2.5h直至聚偏二氟乙烯完全溶解；
(2)加入导电炭黑抽真空搅拌35min，再加入石墨烯、碳纳米管，抽真空搅拌35min；
(3)将磷酸铁锂均分为两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2.5h，通过加入N-甲基吡咯烷酮调节粘度至4200cP，再慢搅抽真空除泡；
S2.负极片制备：将纳米MoS2片状材料、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶乳液按照质量比95︰2︰1︰2在去离子水中搅拌均匀，抽真空除泡，以150目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至6μm铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
其中，负极制料工艺具体如下：
(1)将羧甲基纤维素钠分散至去离子水中，制成固含量为1.75％的胶液；
(2)将石墨烯加入胶液中，抽真空搅拌35min；
(3)将纳米MoS2片状材料均分两步加入到上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2.5h，通过加入去离子水调节粘度至3000cP；
(4)加入丁苯橡胶乳液，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕的方式装配成电芯，其中，隔膜置于正极片与负极片的中间，将正极片与负极片完全隔开，再注入电解液、封口和化成分容，得到基于片层MoS2为阳极的高倍率锂离子电池；
其中，所述隔膜为干法制备的聚乙烯高分子；
所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯按体积比1︰3混匀制成，所述电解液添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯，所述电解液的浓度为1.25mol/L。
对比例1
与实施例1所不同的是，负极片的制备：
将负极活性材料(纳米MoS2片状材料)替换为石墨。
表1不同负极材料(实施例1、对比例1)制作的电芯性能参数表
Figure BDA0003046078080000051
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.正极片制备：将正极主材、导电剂一、导电剂二和正极粘结剂按质量比94～96︰1～3︰1～3︰1～3在正极分散剂中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铝箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
S2.负极片制备：将负极主材、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂按质量比94～96︰1.5～2.5︰1～1.5︰1.5～2.5在负极分散剂中搅拌均匀，抽真空除泡，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
其中，所述负极主材为纳米MoS2片状材料；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，其中，隔膜置于正极片与负极片的中间，将正极片与负极片完全隔开，然后注入电解液、封口和化成分容，得到基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池。
2.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极主材包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂一为导电炭黑，所述导电剂二为石墨烯、碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述正极分散剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂三为导电炭黑或石墨烯，所述负极粘结剂为丁苯橡胶乳液，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述负极分散剂二为去离子水。
5.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述隔膜为湿法或干法制备的聚乙烯或聚丙烯高分子。
6.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯按体积比1︰2或1︰3混合均匀制成，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
7.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述电解液的浓度为1～1.5mol/L。
8.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S1，正极制料工艺如下：
(1)将正极粘结剂在正极分散剂中搅拌2～3h直至正极粘结剂完全溶解；
(2)加入导电剂一抽真空搅拌30～40min，再加入导电剂二抽真空搅拌30～40min；
(3)将正极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂一调节粘度至3500～5000cP，再慢搅抽真空除泡。
9.如权利要求1所述的一种基于片层MoS2作为阳极的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S2，负极制料工艺如下：
(1)将增稠剂分散至分负极分散剂中，制成固含量为1.67～1.8％的胶液；
(2)将导电剂三加入胶液中，抽真空搅拌30～40min；
(3)将负极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂二调节粘度至2500～3500cP；
(4)加入负极粘结剂，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡。
10.一种通过权利要求1～9中任意一项制备方法得到的锂离子电池。
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