本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體的說是一種磷酸鐵鋰電池所用油性導(dǎo)電液及其制備方法。
技術(shù)背景
磷酸鐵鋰電池以其安全性能高、循環(huán)壽命好、環(huán)境友好等特性而受到人們的青睞，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池的正極采用磷酸鐵鋰作為活性材料，但磷酸鐵鋰本身的導(dǎo)電性差，因此在形成電極時(shí)往往采用在活性材料中加入導(dǎo)電劑來改善其導(dǎo)電性。目前磷酸鐵鋰電池常用的導(dǎo)電劑包括顆粒狀導(dǎo)電劑，如:碳納米管、石墨烯、乙炔黑、superp、顆粒石墨、金屬粉末以及兩種或者兩種以上不同顆粒狀導(dǎo)電物質(zhì)的復(fù)合物等；纖維狀導(dǎo)電劑，如：石墨烯、碳納米管和金屬纖維等（專利號(hào)：cn102244264a），以上導(dǎo)電劑雖然能提高活性物質(zhì)與活性物質(zhì)、活性物質(zhì)與集流體的接觸機(jī)率，降低電池內(nèi)阻，并提高其鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能，但是提高幅度有限，同時(shí)這些單一導(dǎo)電劑使用過程中，與溶劑、電解液的相容性差，造成導(dǎo)電劑在極片內(nèi)部分布不均勻，與電解液之間產(chǎn)生電位差和界面差，造成其循環(huán)過程中的溫度分布不均勻。
而碳酸乙烯酯是一種電解液溶質(zhì)，具有高的鋰離子傳到速率和與電解液溶劑較好的相容性，同時(shí)與正極所用油性溶劑nmp具有較高的相容性，可以降低材料之間的界面內(nèi)阻。介孔碳具有高的比表面積和導(dǎo)電率，并具有雙電層性質(zhì)，可以提高電子的傳輸速率和材料的吸液保液能力，同時(shí)與片狀的高導(dǎo)電的石墨烯結(jié)合，，既可以發(fā)揮石墨烯高的電子導(dǎo)電性的優(yōu)勢(shì)提高離子的傳輸速率，又可以發(fā)揮介孔碳巨大的比表面積和雙電層優(yōu)勢(shì)提高反應(yīng)過程中活性材料的吸液保液能力及其鋰離子的傳輸能力進(jìn)而提高其單體電池的穩(wěn)定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)目前磷酸鐵鋰電池所用導(dǎo)電劑存在的導(dǎo)電率差、相容性差等缺陷，本發(fā)明目的是提供一種導(dǎo)電率強(qiáng)、相容性高、穩(wěn)定性強(qiáng)及其制備簡(jiǎn)單的磷酸鐵鋰電池所用導(dǎo)電劑及其制備方法。
一種磷酸鐵鋰電池所用油性導(dǎo)電液，由石墨烯、介孔碳、碳酸乙烯酯（ec）、粘結(jié)劑及其n-甲基吡咯烷酮（nmp）組成，其特征在于：上述組分的重量比為：石墨烯：介孔碳：ec：粘結(jié)劑：nmp=1~5：1~5：1~2：5~30：200。
本發(fā)明的制備方法為：
1）制備ec溶液：取1~2份碳酸乙烯酯（ec）添加到10份n-甲基吡咯烷酮（nmp），溶解10min后，通過小型分散機(jī)攪拌均勻，得到a溶液；
2）制備石墨烯溶液：取石墨烯1~5和粘結(jié)劑2~10份放入到90份n-甲基吡咯烷酮超聲分散為5~10min，得到b溶液；
3）制備介孔碳溶液：取介孔碳1~5和粘結(jié)劑3~20份放入到90份n-甲基吡咯烷酮超聲分散為5~10min，得到c溶液；
4）導(dǎo)電液制備：在超聲波條件下，將b溶液緩緩滴入c溶液，分散10~30min后，再緩緩添加a溶液，并繼續(xù)超聲分散10~30min,通過真空除泡得到用于磷酸鐵鋰的油性導(dǎo)電液。
所述的粘結(jié)劑由60~80份聚偏氟乙烯和20~40份聚乙烯醇組成。
所述的介孔碳的比表面積為500~800m2/g。
本發(fā)明有益效果：制得的導(dǎo)電液分散均勻、穩(wěn)定性好、與正極材料和電解液的相容性高。摻雜到磷酸鐵鋰電池里面可以依靠其石墨烯的高導(dǎo)電率提高電池的倍率性能和散熱性能，同時(shí)高比表面積的介孔碳又可以提高材料的吸液保液能力，提高其電池的循環(huán)性能。本發(fā)明制備的油性導(dǎo)電液，由于有少量的碳酸乙烯酯（ec），可以提高導(dǎo)電液與正極漿料的相容性，降低其使用過程中導(dǎo)電液與正極漿料的分層現(xiàn)象，提高其導(dǎo)電劑摻雜到極片中的一致性。同時(shí)碳酸乙烯酯摻雜在磷酸鐵鋰之間，可以提高sei形成過程中的質(zhì)量，并因此提高電池的綜合性能。
具體實(shí)施方式
一種磷酸鐵鋰電池所用油性導(dǎo)電液，由石墨烯、介孔碳、碳酸乙烯酯（ec）、粘結(jié)劑及其n-甲基吡咯烷酮（nmp）組成，其特征在于：上述組分的重量比為：石墨烯：介孔碳：ec：粘結(jié)劑：nmp=1~5：1~5：1~2：5~30：200。
實(shí)施例1：
一種磷酸鐵鋰電池所用油性導(dǎo)電液的制備方法，包括以下步驟：
1、制備ec溶液：取1.5g碳酸乙烯酯（ec）添加到10gn-甲基吡咯烷酮（nmp），溶解10min后，并通過小型分散機(jī)攪拌均勻，得到a溶液；
2、制備石墨烯溶液：取石墨烯3g和粘結(jié)劑5g放入到90gn-甲基吡咯烷酮超聲分散為8min，得到b溶液；
3、制備介孔碳溶液：取介孔碳3g和粘結(jié)劑10g放入到90gn-甲基吡咯烷酮超聲分散為8min，得到c溶液；
4、導(dǎo)電液制備：在超聲波條件下，將b溶液緩緩滴入c溶液，分散20min后，再緩緩添加a溶液，并繼續(xù)超聲分散20min,并通過真空除泡得到適用于磷酸鐵鋰的油性導(dǎo)電液。
實(shí)施例2：
1、制備ec溶液：取1g碳酸乙烯酯（ec）添加到10gn-甲基吡咯烷酮（nmp），溶解10min后，并通過小型分散機(jī)攪拌均勻，得到a溶液；
2、制備石墨烯溶液：取石墨烯1g和粘結(jié)劑2g份放入到90份n-甲基吡咯烷酮超聲分散為5min，得到b溶液；
3、制備介孔碳溶液：取介孔碳1g和粘結(jié)劑3g放入到90份n-甲基吡咯烷酮超聲分散為5min，得到c溶液；
4、導(dǎo)電液制備：在超聲波條件下，將b溶液緩緩滴入c溶液，分散10min后，再緩緩添加a溶液，并繼續(xù)超聲分散10min,并通過真空除泡得到適用于磷酸鐵鋰的油性導(dǎo)電液。
實(shí)施例3：
1、制備ec溶液：取2g碳酸乙烯酯（ec）添加到10gn-甲基吡咯烷酮（nmp），溶解10min后，并通過小型分散機(jī)攪拌均勻，得到a溶液；
2、制備石墨烯溶液：取石墨烯5g和粘結(jié)劑10g放入到90gn-甲基吡咯烷酮超聲分散為10min，得到b溶液；
3、制備介孔碳溶液：取介孔碳5g和粘結(jié)劑20g放入到90gn-甲基吡咯烷酮超聲分散為10min，得到c溶液；
4、導(dǎo)電液制備：在超聲波條件下，將b溶液緩緩滴入c溶液，分散30min后，再緩緩添加a溶液，并繼續(xù)超聲分散30min,并通過真空除泡得到適用于磷酸鐵鋰的油性導(dǎo)電液。
軟包電池測(cè)試
分別以實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3所得導(dǎo)電液添加到磷酸鐵鋰材料中作為正極材料（質(zhì)量比：磷酸鐵鋰：粘結(jié)劑：導(dǎo)電液=93:4:3），以石墨為負(fù)極材料，采用lipf6/ec+dec（ec、dec體積比1∶1，1.3mol/l）為電解液，celgard2400膜為隔膜，制備出5ah軟包電池a1，a2，a3，并測(cè)試電池的循環(huán)性能。
其中，對(duì)比例是以市場(chǎng)上購(gòu)置導(dǎo)電劑sp添加到磷酸鐵鋰正極材料中（質(zhì)量比：磷酸鐵鋰：粘結(jié)劑：導(dǎo)電劑=93:4:3），以石墨為負(fù)極材料，采用lipf6/ec+dec（體積比1∶1，1.3mol/l）為電解液，celgard2400膜為隔膜，制備出5ah軟包電池b；并測(cè)試軟包電池的循環(huán)性能（測(cè)試條件，1.0c/1.0c，2.5v～3.65v，25±3.0℃）。
表1實(shí)施例與對(duì)比例循環(huán)性能比較
表1實(shí)施例與對(duì)比例循環(huán)性能比較
從表1可以看出，采用實(shí)施例1～3所得復(fù)合導(dǎo)電劑制備的軟包電池的循環(huán)性能，在各個(gè)階段均明顯優(yōu)于對(duì)比例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合導(dǎo)電液由于摻雜有提高與電解液相容性的碳酸乙烯酯，提高其材料表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)又利用介孔碳高的比表面積提高其材料的吸液保液能力，和介孔碳高的導(dǎo)電率提高其材料的導(dǎo)電性，降低電池內(nèi)阻和提高導(dǎo)電性，并最終提高電池的循環(huán)性能。