CN114725389B - 一种长寿命动力锂电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C01B,更具体地,本发明涉及一种长寿命动力锂电池及其制备方法。本发明提供一种锂电池,通过在负极或正极上添加负载锂的石墨烯,一方面通过石墨烯和导电剂构建可以快速传递锂离子的网络结构,实现锂离子在官能团上快速扩散跃迁,减少负极界面固态电解质膜膨胀破裂的发生和锂离子消耗的同时,另一方面通过控制粘结剂的种类和添加顺序,促进石墨烯和导电剂分散的同时,避免后续烘干过程中的聚集等问题,使得负极活性物质形成致密的粘结结构,减少长时间存储或工作时负极尺寸变化造成的寿命下降,以及外层石墨粉化脱落等,促进本发明电池的存储和循环寿命的增加,可用于更大充放电倍率。
Description
技术领域
本发明涉及C01B,更具体地,本发明涉及一种长寿命动力锂电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是由含锂金属氧化物作为正极材料,并和非水电解质和负极作用的一类电池,其中负极材料有石墨、硅碳负极、氧化物负极等,具有较好的安全性,且比容量高的特点。
目前的负极材料主要采用石墨,但在充放电过程中,随着锂离子的嵌入和脱嵌,会造成负极材料在石墨以及石墨嵌锂化合物间不断变化,造成层间距的改变,使得造成负极石墨的脱落,以及有机溶剂对石墨的嵌入等,使得锂离子电池在实际使用时,寿命低于电池厂家宣称的寿命,且长时间使用或存储后工作效能下降。
石墨烯作为新型导电剂,可用于负极中,利用其与石墨等负极材料的点-面接触来发挥导电剂的作用,而磺化石墨烯因为其在水中较好的相容性,可简化负极的制备步骤,但石墨烯在制备过程中团聚等问题会影响其导电性能发挥,如CN109859960B公开了具有层柱结构的表面活性剂改性的磺化石墨烯,来减少团聚,但同样造成了其他成分的引入以及制备的复杂,且难以实现较好的循环寿命。
发明内容
为了解决上述问题,本发明第一个方面提供了一种长寿命动力锂电池,包括正极、负极,所述正极和/或负极的制备原料包括载锂石墨烯,所述载锂石墨烯中Li和S的重量比为0.04~0.15:1,如0.04:1、0.06:1、0.08:1、0.1:1、0.12:1、0.15:1。本发明载锂石墨烯中的锂主要通过石墨烯上的磺酸来负载,如将锂化合物,如氢氧化锂、氧化锂等和磺酸石墨烯等在水中混合、干燥得到,本发明不对载锂石墨烯的制备工艺做具体限定。
作为本发明一种优选的技术方案,所述载锂石墨烯在正极或负极中的质量百分数为0.1~1%,如0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备原料按重量百分数还包括:
负极活性物质90~97.5%,如90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、97.5%;
负极导电剂0.5~3%,如0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%;
负极粘结剂2~7%,如2%、3%、4%、5%、6%、7%。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极活性物质选自石墨、硅碳负极、氧化物负极中的一种。
作为本发明一种优选的技术方案,所述载锂石墨烯的C和S的重量比为13~16:1。
作为本发明一种优选的技术方案,所述载锂石墨烯的径向尺寸为10~20μm,厚度为1~10nm。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极导电剂和载锂石墨烯的重量比为1:0.3~0.7,如1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7;所述负极导电剂选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的至少一种;优选为导电炭黑sp,导电炭黑为点状导电剂,是由直径为40nm左右的原生粒子团聚得到的150-200nm的原生聚集体加工得到,本发明不对导电炭黑做具体限定,可购自特密高导电炭黑sp、天津亿博瑞化工导电炭黑sp等。
如图1和2所示,当使用层状结构的石墨作为负极活性物质用于锂离子的反复嵌入和脱嵌过程中,利用导电剂,尤其是点状接触的导电炭黑和点-面接触的载锂石墨烯共同作用时,可促进导电网络的导电速率和电池容量,但发明人也发现当导电炭黑和富锂石墨烯混合过程中,容易出现团聚等问题,造成两者混合不均,会影响负极形成致密的结构,使得循环过程中随着时间增加消耗增加,不利于电池寿命增加,故需要控制其导电炭黑和载锂石墨烯的用量,并控制载锂石墨烯的Li、S比,尤其是保持较多未负载Li的磺酸根,可适当促进导电炭黑的分散的同时,不影响后续得到的负极中导电炭黑和载锂石墨烯的紧密接触,为锂离子构建快速传递的二维网络,减少循环过程中锂离子消耗,促进电池的长期使用。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极粘结剂选自PEO、PVA、CMC、PAA、SBR、PVP中的一种或多种。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极粘结剂包括CMC,更优选地,所述CMC的取代度DS为0.6~0.8,如绿能纤材的CMC-Na-1(DS为0.61)、CMC-Na-2(DS为0.85)、CMC-Na-3(DS为1.14)。
此外,为了进一步促进分散的同时,减少负极中载锂石墨烯和导电炭黑等到后续干燥过程中团聚的现象,发明人发现,还需要添加合适CMC,尤其是是先使用CMC体系和载锂石墨烯、导电炭黑接触,利用其CMC中取代的羧酸盐结构和载锂石墨烯锂离子接触,在后续干燥后形成粒状隔离点,来有效减少载锂石墨烯和导电炭黑等的聚集,充分发挥导电网络对锂离子在官能团上扩散跃迁的效率,且通过邻位扩散后再嵌入负极,充分减少后续电解液中锂离子和溶剂与石墨负极的直接接触,减少溶剂嵌入石墨的风险,促进负极结构的保持和完整,提高存储寿命和循环寿命。
作为本发明一种优选的技术方案,所述粘结剂还包括SBR,更优选地,所述SBR在23℃粘度为100~400mPa·s。其中粘度可通过粘度计测试,本发明所述SBR可自制或购买,当购买时,如可购自新乡市金邦电源科技的S2919(固含量为50±1%,23℃粘度为100~350mPa·s)、S029(固含量为50±1%,23℃粘度为100~400mPa·s)、S030(固含量为50±1%,23℃粘度为100~400mPa·s)、S2918(固含量为50±2%,23℃粘度为100~350mPa·s)。
作为本发明一种优选的技术方案,所述CMC和SBR的重量比为1:1~2,如1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的一侧设有负极集流体,本发明负极集流体的材料为常规的铜、镍等,不做具体限定。
此外,通过添加具有一定疏水结构和亲水结构的SBR来连接负极活性物质以及带有磺酸根的载锂石墨烯的同时,其SBR表面基团的亲水结构和集流体表面的作用也改善了载锂石墨烯的排布,改善对负极活性物质的粘结,促进锂离子的扩散,可用于更大倍率充放电。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极粘结剂还包括PAA,优选地,所述PAA的重均分子量为300000~400000,可购自长兴的ETERSOL 1730、ETERSOL 1736等,不做具体限定。
作为本发明一种优选的技术方案,所述SBR和PAA的重量比为1:0.1~0.2,如1:0.1、1:0.12、1:0.15、1:0.18、1:0.2。
此外,发明人还发现,因为SBR较低的粘度,当加入含有大分子CMC的粘结体系时,不容易充分混合,发挥SBR电荷排斥的作用,而通过添加少量的PAA和SBR共同作用,发明人发现,利用PAA的高含量羧基和CMC、载锂石墨烯的作用,可有效促进SBR进入CMC粘结体系中和载锂石墨烯、导电剂等接触的同时,通过控制PAA的添加量,可控制合适的粘度,减少后续负极干燥等过程中的沉降以及载锂石墨烯的团聚,且发明人也发现,将SBR和PAA一起加入,可避免PAA链低柔韧性,有利于改善负极活性物质周围的延展性,避免长时间循环过程中体积变化造成的负极结构破坏,减少负极界面固态电解质膜膨胀破裂的发生和活性锂离子的消耗,得到长寿命电池。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备方法包括:
将CMC加入水中,混合后,加入负极导电剂和载锂石墨烯,混合,再加入负极活性物质,测试细度≤30μm,加入SBR和水,混合,得到所述负极。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备方法包括:
(1)将CMC在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入水中,5~15min后CMC全部加入,在公转为50~80rpm,自转为2000~4000rpm下混合180~240min;其中步骤(1)中CMC占CMC和水总重量的1~3wt%。
(2)加入负极导电剂,并将载锂石墨烯在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后载锂石墨烯全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合60~120min;
(3)再将负极活性物质在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后负极活性物质全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合至测试细度≤30μm;其中一般混合时间为180~300min可达到细度≤30μm,若细度>30μm,则继续搅拌至细度满足要求。
(4)加入SBR后,将水在公转为50~80rpm,自转为400~600rpm的搅拌下加入,30~60min后水全部加入,混合,得到所述负极。其中步骤(4)中SBR总重量占SBR、水总重量的4~8%。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备方法包括:
将CMC加入水中,混合后,加入负极导电剂和载锂石墨烯,混合,再加入负极活性物质,测试细度≤30μm,加入SBR、PAA和水,混合,得到所述负极。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备温度为20~45℃。
作为本发明一种优选的技术方案,所述负极的制备方法包括:
(1)将CMC在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入水中,5~15min后CMC全部加入,在公转为50~80rpm,自转为2000~4000rpm下混合180~240min;其中步骤(1)中CMC占CMC和水总重量的1~3wt%。
(2)加入负极导电剂,并将载锂石墨烯在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后载锂石墨烯全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合60~120min;
(3)再将负极活性物质在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后负极活性物质全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合至测试细度≤30μm;其中一般混合时间为180~300min可达到细度≤30μm,若细度>30μm,则继续搅拌至细度满足要求。
(4)加入SBR、PAA后,将水在公转为50~80r pm,自转为400~600rpm的搅拌下加入,30~60min后水全部加入,混合,得到所述负极。其中步骤(4)中SBR和PAA总重量占SBR、PAA、水总重量的4~8%。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极的制备原料按重量百分数还包括:
正极活性物质90~99.4%,如90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.4%;
正极导电剂0.3~4%,如0.3%、0.6%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%;
正极粘结剂0.3~6%,如0.3%、0.6%、1%、2%、3%、4%、5%、6%。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极活性物质选自Li(CF3SO2)2N、LiFePO4(LFP)、LiAsF6、LiAlO2。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极导电剂选自PEO、PVA、CMC、PAA、SBR、PVP中的一种或多种。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极粘结剂选自PVDF、PVDF-HFP、PTFE、PI中的一种或多种。作为正极粘结剂的实例,包括但不限于,PVDF如Solef 5130或者法国阿科玛HSV900等,不做具体限定。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极的制备方法包括:
将正极粘结剂加入溶剂一中,混合后,加入正极导电剂,混合,再加入正极活性物质,混合,测试细度≤30μm,加入溶剂二,混合,得到所述正极。
其中溶剂一和溶剂二为正极制备常用溶剂,可列举的有,NMP、DMF、DMSO、THF等,不做具体限定。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极的制备方法包括:
(1)将正极粘结剂在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入溶剂一中,5~15min后正极粘结剂全部加入;其中步骤(1)中正极粘结剂占正极粘结剂和溶剂一总重量的3~6wt%。
(2)将正极导电剂在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后正极导电剂全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合60~120min;
(3)再将正极活性物质在公转为10~30rpm,自转为500~1000rpm的搅拌下加入,5~15min后正极活性物质全部加入,在公转为50~80rpm,自转为4000~6000rpm下混合至测试细度≤30μm;其中一般混合时间为180~300min可达到细度≤30μm,若细度>30μm,则继续搅拌至细度满足要求。
(4)将溶剂二在公转为50~80rpm,自转为600~000rpm的搅拌下加入,20~60min后溶剂二全部加入,得到所述正极。其中溶剂二和溶剂一的重量比为0.3~0.6:1。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极的一侧设有正极集流体,本发明正极集流体的材料为常规的铝等,不做具体限定。
作为本发明一种优选的技术方案,所述正极和负极之间还设有隔膜,本发明不对隔膜做具体限定,可由聚烯烃隔膜基底和陶瓷层组成,其中聚烯烃可为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。
作为本发明一种优选的技术方案,所述锂电池还包括电解液,本发明不对电解液做具体限定,包括锂盐,和有机溶剂、离子液体中的一种,其中有机溶剂可为之类溶剂、杂环溶剂、芳类溶剂、胺类溶剂等,如碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、1,3-二氧戊环、二甲基乙酰胺、硝基苯等。
本发明第二个方面提供了一种所述的长寿命动力锂电池的制备方法,包括:
将正极和正极集流体制成正极极片,负极和负极集流体制成负极极片,将正极极片、隔膜、负极极片制成锂离子电池电芯,包膜后、烘干,注入电解液,得到所述电池。
作为本发明一种优选的技术方案,所述长寿命动力锂电池的制备方法,包括:
(1)将正极极片、隔膜和负极极片制作成锂离子电池电芯,包膜;其中电芯可通过卷绕或叠片的形式制作,包膜中外壳可采用铝塑包装膜或钢壳。
(2)将包膜后电芯放在真空烘箱中烘干,设置参数:温度80~100℃,真空度为≤-80Kpa,时间为8~24h,期间每2h置换一次氮气;
(3)烘干后冷却至室温后,注入电解液,电解液量为1.6~5g/Ah,封口后静置浸润、夹具化成、二封即得长寿命锂离子电池。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
本发明提供一种锂电池,通过在负极或正极上添加负载锂的石墨烯,一方面通过石墨烯和导电剂构建可以快速传递锂离子的网络结构,实现锂离子在官能团上快速扩散跃迁,减少负极界面固态电解质膜膨胀破裂的发生和锂离子消耗的同时,另一方面通过控制粘结剂的种类和添加顺序,促进石墨烯和导电剂分散的同时,避免后续烘干过程中的聚集等问题,使得负极活性物质形成致密的粘结结构,促进电解液中锂离子通过本发明载锂石墨烯等扩散进行锂离子的嵌入和脱嵌的同时,也减少了电解液中溶剂和负极活性物质的接触和嵌入,此外,通过本发明提供的电池,也减少长时间存储或工作时负极尺寸变化造成的寿命下降,以及外层石墨粉化脱落等,促进本发明电池的存储和循环寿命的增加,可用于更大充放电倍率。
附图说明
图1是富锂石墨烯原理图。
图2快离子通道原理图。
图3交流阻抗对比图。
图4循环电池外观对比图。
图5循环性能对比图。
图6拆解界面形貌与能谱分析图。
具体实施方式
实施例
实施例中原料均为市售,其中PVDF购自Solef 5130,SP购自特密高导电炭黑sp,CMC购自CMC-Na-1,SBR购自S2919。
实施例1
本例提供一种电池,从外到内包括负极极片、隔膜、正极极片,所述负极极片由负极涂覆到负极集流体铜片上得到,所述正极极片由正极涂覆到负极集流体铝片上得到,所述电池内注入电解液。
所述正极的制备原料和工艺如表1所示。
表1
所述负极的制备原料和工艺如表2所示,所述载锂石墨烯的Li和S的重量比为0.1:1,C和S的重量比为15:1,径向尺寸为15μm,厚度为5nm。
表2
本例还提供锂电池的制备方法,包括:
(1)将正、负极片分别焊好极耳,和陶瓷层的PP隔膜(厚20μm)一起卷绕成软包电芯,经短路测试、电芯入壳、顶侧封和贴保护膜后,将电芯放在真空烘箱中。
(2)将包膜后电芯放在真空烘箱中烘干,设置参数:温度80~100℃,真空度为≤-80Kpa,时间为18~24h,期间每2h置换一次氮气;
(3)烘干后冷却至室温后,注入电解液,电解液量为3.2~5g/Ah,封口后静置浸润、夹具化成、二封即得长寿命锂离子电池。锂离子电池化成是指锂离子电池第一次充电的过程,目的是使电池具有电化学活性。将电池在室温下静置24h后,进行室温化成,化成工艺为0.05C充电1h,0.1C充至3.65V,转恒压充电,再0.1C放电至2.5V。化成后的电池会在负极表面形成SEI膜。
实施例2
本例提供一种电池,从外到内包括负极极片、隔膜、正极极片,所述负极极片由负极涂覆到负极集流体铜片上得到,所述正极极片由正极涂覆到负极集流体铝片上得到,所述电池内注入电解液。
所述正极的制备原料和工艺同实施例1,所述负极的制备原料和工艺如表3所示,所述载锂石墨烯的Li和S的重量比为0.08:1,C和S的重量比为16:1,径向尺寸为10μm,厚度为5nm。
表3
本例还提供锂电池的制备方法,包括:
(1)将正、负极片分别焊好极耳,和陶瓷层的PP隔膜(厚20μm)一起卷绕成软包电芯,经短路测试、电芯入壳、顶侧封和贴保护膜后,将电芯放在真空烘箱中。
(2)将包膜后电芯放在真空烘箱中烘干,设置参数:温度80~100℃,真空度为≤-80Kpa,时间为18~24h,期间每2h置换一次氩气;
(3)烘干后冷却至室温后,注入电解液,电解液量为3.2~5g/Ah,封口后静置浸润、夹具化成、二封即得长寿命锂离子电池。锂离子电池化成是指锂离子电池第一次充电的过程,目的是使电池具有电化学活性。将电池在室温下静置24h后,进行室温化成,化成工艺为0.05C充电1h,0.1C充至3.65V,转恒压充电,再0.1C放电至2.5V。化成后的电池会在负极表面形成SEI膜。
对照组
本例提供一种电池,从外到内包括负极极片、隔膜、正极极片,所述负极极片由负极涂覆到负极集流体铜片上得到,所述正极极片由正极涂覆到负极集流体铝片上得到,所述电池内注入电解液。
所述正极的制备原料和工艺同实施例1,所述负极的制备原料和工艺如表4所示。
表4
本例还提供锂电池的制备方法,包括:
(1)将正、负极片分别焊好极耳,和陶瓷层的PP隔膜(厚20μm)一起卷绕成软包电芯,经短路测试、电芯入壳、顶侧封和贴保护膜后,将电芯放在真空烘箱中。
(2)将包膜后电芯放在真空烘箱中烘干,设置参数:温度80~100℃,真空度为≤-80Kpa,时间为18~24h,期间每2h置换一次氩气;
(3)烘干后冷却至室温后,注入电解液,电解液量为3.2~5g/Ah,封口后静置浸润、夹具化成、二封即得长寿命锂离子电池。锂离子电池化成是指锂离子电池第一次充电的过程,目的是使电池具有电化学活性。将电池在室温下静置24h后,进行室温化成,化成工艺为0.05C充电1h,0.1C充至3.65V,转恒压充电,再0.1C放电至2.5V。化成后的电池会在负极表面形成SEI膜。
性能评价
1、交流阻抗:将实施例和对照组提供的电池进行交流阻抗实验,如图3所示,发现实施例1提供的电池欧姆阻抗为6.2Ω,实施例2的电池欧姆阻抗为6.6Ω,比对照组的4.9Ω分别上升1.3Ω和1.7Ω。
且实施例1中锂离子在穿越负极SEI膜时阻抗为88.3Ω,实施例2中锂离子在穿越负极SEI膜时阻抗为85.6Ω,比对照组分别降低了11.9Ω、14.6Ω,这表明添加本发明中所述快离子添加剂的负极表面已经形成可以供离子快速通过的离子通道。
且在电化学反应阻抗上,实施例1的阻抗为71.2Ω,实施例2为70.3Ω,比对照组低了30.2和31.1Ω,这表明,快离子通道的加入有助于锂离子去溶剂分子,减少石墨层间堵塞而提高了石墨嵌锂反应活性。
2、循环测试:将实施例和对照组提供的电池进行室温1C充放电循环,如图4和图5所示发现循环800圈后,对照组电芯鼓胀严重,且电芯快速跳水衰减,而实施例1电芯外观无异常,且对实施例2进行800圈循环发现电芯也无异常,此外,实施例1和2循环至800圈时容量保持分别在95%和97%左右。
3、循环后拆解:将实施例1和对照组提供的电池在室温1C充放电循环800圈后,进行拆解分析,如图6所示发现,对照组界面已经覆盖一层厚厚的沉积层,沉积层中碳含量为45.7%,氧元素含量为42.2%初步推测沉积层的组要成分为碳酸盐。而实施例1的界面表面干净,石墨表面覆盖一些小颗粒,对颗粒进行能谱分析,发现其主要元素为碳,初步推测为Super-P颗粒。因此,对比对照组,实施例1中SEI膜无机盐成分首先沉积在富锂磺化石墨烯上,SEI膜拥有了具有稳定结构的石墨烯骨架,使得SEI膜更加牢固的附着在石墨负极上。另一方面,富锂磺化石墨烯阴离子基团提供了锂离子快速通过嵌入负极石墨的通道,减少了溶剂与锂离子共嵌入石墨负极间导致石墨外层脱落粉化的发生,进一步减少了电解质活性锂的消耗,极大延长了电池的循环寿命。
Claims (2)
1.一种长寿命动力锂电池,其特征在于,从外到内包括负极极片、隔膜、正极极片,所述负极极片由负极浆料涂覆到负极集流体铜片上得到,所述正极极片由正极浆料涂覆到正极集流体铝片上得到,所述电池内注入电解液;
所述正极浆料的制备方法包括:
(1)将PVDF在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入2.0995 kg NMP中,10min后PVDF全部加入;在温度为20~45℃,公转为60rpm,自转为3000rpm的条件下搅拌240min,其中PVDF的总加入量为0.1105 kg;
(2)将导电炭黑在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入,10min后导电炭黑全部加入,在公转为60rpm,自转为5000rpm下混合90min,其中导电炭黑的总加入量为0.0737 kg;
(3)再将LFP在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入,10min后LFP全部加入,在公转为60rpm,自转为5000rpm下混合至测试细度≤30μm,其中LFP的总加入量为3.5 kg;
(4)将1.0005 kg NMP在公转为60rpm,自转为800rpm的条件下加入混合30min,得到所述正极浆料;
所述负极浆料的制备方法包括:
(1)将CMC在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入2.4067 kg水中,10min后CMC全部加入,在公转为60rpm,自转为3000rpm下混合210min;其中CMC的总加入量为0.0367 kg;
(2)加入0.0367 kg 导电炭黑,并将载锂石墨烯在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入,10min后载锂石墨烯全部加入,在公转为60rpm,自转为5000rpm下混合90min;其中载锂石墨烯的总加入量为0.0183 kg;
(3)再将石墨在公转为20rpm,自转为800rpm的搅拌下加入,10min后石墨全部加入,在公转为60rpm,自转为5000rpm下混合至测试细度≤30μm;其中石墨的总加入量为3.5000kg;
(4)加入0.06108 kg SBR、0.01075 kg PAA ETERSOL 1730后,将1 kg水在公转为60rpm,自转为500rpm的搅拌下加入混合45min后得到所述负极浆料;
所述载锂石墨烯的Li和S的重量比为0.08:1,C和S的重量比为16:1,径向尺寸为10μm,厚度为5nm。
2.一种根据权利要求1所述的长寿命动力锂电池的制备方法,其特征在于,包括:
将正极浆料和正极集流体制成正极极片,负极浆料和负极集流体制成负极极片,将正极极片、隔膜、负极极片制成锂离子电池电芯,包膜后、烘干,注入电解液,得到所述电池。
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106129365A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-11-16 | 骆驼集团新能源电池有限公司 | 一种高安全性磷酸锰铁锂电池 |
CN110061188A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-07-26 | 长沙市秒冲电池技术与材料研究所 | 正极极片、负极极片及高倍率快充锂离子电池 |
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