CN114914448A - 一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法 - Google Patents

一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法，导电浆料包括：石墨烯0.0015~0.002重量份，碳纳米管0.2~0.4重量份，聚偏二氟乙烯1.5~2重量份，导电炭黑4.5~5重量份，N‑甲基吡咯烷酮96~97重量份，分散剂0.017~0.02重量份。本申请的导电浆料可以改善钴酸锂正极材料的导电性能，为正极材料提供更多的溶锂通道，降低电池内阻，带来使电池性能更好的变化，同时钴酸锂材料在应用中由于体积变化使材料晶胞不稳定，使用导电浆料可以有效的消除应力，延长材料的使用寿命，同时使用导电浆料能够将钴酸锂材料电池的内阻降低十倍，能量密度提升15%~20%。

Description

一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法
技术领域
本申请涉及钴酸锂正极材料导电浆料技术领域，尤其涉及一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展和新能源需求的不断高涨，锂离子电池已经成为新能源相关领域的关注热点。目前的锂离子电池主要用于可移动电子设备，其应用开始向体积小重量轻的微型电器发展，也开始向大型电动设备发展，如新能源汽车的动力电池，这就对锂离子电池的性能提出更高的要求。在新能源电动汽车应用方面，动力锂离子电池被要求具有高能量密度、大充放电功率以及长循环使用寿命等优异性能。然而，锂离子电池中正极材料的导电性差，严重影响了锂离子电池性能的发挥，故而需要通过添加导电浆料来改善正极材料的导电性，提高其利用效率。因此开发出一种性能优异的锂离子电池正极材料用导电浆料是极为必要的。
发明内容
本申请提供一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料及其制备方法，能够改善钴酸锂正极材料的导电性能。
本申请采用了下列技术方案：
本申请提供了一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料，包括：石墨烯0.0015~0.002重量份，碳纳米管0.2~0.4重量份，聚偏二氟乙烯1.5~2重量份，导电炭黑4.5~5重量份，N-甲基吡咯烷酮96~97重量份，分散剂0.017~0.02重量份。
进一步地，石墨烯为0.0015重量份。
进一步地，碳纳米管为0.4重量份。
进一步地，聚偏二氟乙烯为1.5重量份。
进一步地，导电炭黑为5重量份。
进一步地，N-甲基吡咯烷酮为96重量份。
进一步地，分散剂的重量为碳纳米管的重量的3%。
本申请还提供了一种上述的钴酸锂正极材料导电浆料的制备方法，包括以下步骤：使用N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液。使用N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合至粘度为1450-1550mPa.s，制得导电浆料。
进一步地，使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮制备第一溶液。使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮制备第二溶液。
进一步地，粘度为1500mPa.s。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请的导电浆料可以改善钴酸锂正极材料的导电性能，为正极材料提供更多的溶锂通道，降低电池内阻，带来使电池性能更好的变化，同时钴酸锂材料在应用中由于体积变化使材料晶胞不稳定，使用导电浆料可以有效的消除应力，延长材料的使用寿命，同时使用导电浆料能够将钴酸锂材料电池的内阻降低十倍，能量密度提升15%~20%。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的实施例提供了一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料，或者说，一种使用石墨烯的钴酸锂电池导电浆料。包括：石墨烯0.0015~0.002重量份（如0.0015重量份，0.0018重量份， 0.002重量份），碳纳米管 0.2~0.4重量份（如0.2重量份，0.3重量份，0.4重量份），聚偏二氟乙烯1.5~2重量份（如1.5重量份，1.8重量份，2重量份），导电炭黑4.5~5重量份（如4.5重量份，4.8重量份，5重量份），N-甲基吡咯烷酮96~97重量份（如96重量份，96.5重量份，97重量份），分散剂0.017~0.02重量份（如0.017重量份，0.019重量份，0.02重量份）。
其中，导电浆料中的石墨烯可以改善钴酸锂正极材料的导电性能，为正极材料提供更多的溶锂通道，降低电池内阻，带来使电池性能更好的变化，同时钴酸锂材料在应用中由于体积变化使材料晶胞不稳定，使用石墨烯可以有效的消除应力，延长材料的使用寿命，同时使用石墨烯能够将钴酸锂材料电池的内阻降低十倍，能量密度提升15%~20%。
一般认为，在正极材料中使用石墨烯，在于使石墨烯能够完整的包覆在钴酸锂材料，使钴酸锂能够完整的实现与石墨烯的面接触。同时，对使用在电池中的石墨烯材料来说，片径不宜过大，过大则无法实现对钴酸锂颗粒的包覆，同时层数以单层为好，只有单层石墨烯才能保证足够的柔韧性，才能刚好实现包覆。
在正极材料中使用石墨烯，核心在于所使用的石墨烯的表面积与钴酸锂材料的总表面积要匹配，过量的石墨烯会消耗额外的锂离子，带来初效不高和总体能量密度不足的弊病。
在材料使用中，钴酸锂材料的颗粒大小直接影响石墨烯的用量，钴酸锂材料微粒的表面积为S=π×R×R，R为钴酸锂材料微粒的直径，而钴酸锂材料微粒的体积为V=(4/3)πr^3 ，微粒越大，总表面积越小，可见钴酸锂材料的总表面积与微粒直径的二分之三次方成反比，石墨烯使用量正比于钴酸锂材料的总表面积。本申请中，根据钴酸锂材料颗粒大小的不同，石墨烯的添加量在0.0015~0.002重量份之间。
另外，分散剂具体为碳纳米管分散剂，如JW-6，YY-502A。
优选地，石墨烯为0.0015重量份。碳纳米管为0.4重量份。聚偏二氟乙烯为1.5重量份。导电炭黑为5重量份。N-甲基吡咯烷酮为96重量份。分散剂的重量为碳纳米管的重量的3%，也就是0.012重量份。
本申请还提供了一种上述的钴酸锂正极材料导电浆料的制备方法，包括以下步骤：使用N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液。使用N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合至粘度为1450-1550mPa.s，制得导电浆料。
其中，使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮制备第一溶液。使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮制备第二溶液。
第一溶液和第二溶液混合后使用均质机进行充分搅拌，最终达到粘度为1450-1550mPa.s。优选地，粘度为1500mPa.s。
此外，导电浆料放低温遮光处保存。保存温度不宜超过20度，存放时间不宜超过三个月，使用前应复测粘度，如果粘度达不到标准，需要重新用均质机搅拌。
以下为具体实施例：
实施例1
配方：
按照每重量份100g，石墨烯0.0015重量份，碳纳米管0.3重量份，聚偏二氟乙烯1.8重量份，导电炭黑4.5重量份，N-甲基吡咯烷酮97重量份，分散剂0.009重量份。
制备过程：
使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液。使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合，然后使用均质机进行充分搅拌，最终达到粘度为1500mPa.s，制得导电浆料。
将本实施例的导电浆料配合2.5微米的钴酸锂材料后，电池的能量密度为270毫安·时/克，循环次数为4000次。
实施例2
配方：
按照每重量份100g，石墨烯0.0015重量份，碳纳米管0.4重量份，聚偏二氟乙烯1.5重量份，导电炭黑5重量份，N-甲基吡咯烷酮96重量份，分散剂0.012重量份。
制备过程：
使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液。使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合，然后使用均质机进行充分搅拌，最终达到粘度为1500mPa.s，制得导电浆料。
将本实施例的导电浆料配合3微米的钴酸锂材料后，电池的能量密度为280毫安·时/克，循环次数为4000次。
实施例3
配方：
按照每重量份100g，石墨烯0.002重量份，碳纳米管0.2重量份，聚偏二氟乙烯2重量份，导电炭黑4.8重量份，N-甲基吡咯烷酮96重量份，分散剂0.006重量份。
制备过程：
使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液。使用50%配方量的N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合，然后使用均质机进行充分搅拌，最终达到粘度为1500mPa.s，制得导电浆料。
将本实施例的导电浆料配合5.3微米的钴酸锂材料后，电池的能量密度为260毫安·时/克，循环次数为4000次。
以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种使用石墨烯的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，包括：石墨烯0.0015~0.002重量份，碳纳米管0.2~0.4重量份，聚偏二氟乙烯1.5~2重量份，导电炭黑4.5~5重量份，N-甲基吡咯烷酮96~97重量份，分散剂0.017~0.02重量份。
2.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述石墨烯为0.0015重量份。
3.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述碳纳米管为0.4重量份。
4.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述聚偏二氟乙烯为1.5重量份。
5.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述导电炭黑为5重量份。
6.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述N-甲基吡咯烷酮为96重量份。
7.如权利要求1所述的钴酸锂正极材料导电浆料，其特征在于，
所述分散剂的重量为所述碳纳米管的重量的3%。
8.一种权利要求1-7任一所述的钴酸锂正极材料导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯、导电炭黑及石墨烯，制得第一溶液；
使用所述N-甲基吡咯烷酮和分散剂溶解碳纳米管，制得第二溶液；
将所述第一溶液和所述第二溶液混合至粘度为1450-1550mPa.s，制得导电浆料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
使用50%配方量的所述N-甲基吡咯烷酮制备所述第一溶液；
使用50%配方量的所述N-甲基吡咯烷酮制备所述第二溶液。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述粘度为1500mPa.s。
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