一種石墨烯導(dǎo)電劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種降低成本、提高導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命的石 墨稀導(dǎo)電劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子二次電池作為一種新型高能二次電源，具有比能量大、放電電壓平穩(wěn)、電壓 高、低溫性能好、無污染、安全性能優(yōu)越以及儲存和工作壽命長、利用率高等優(yōu)點。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池主要使用導(dǎo)電石墨、乙炔黑和碳納米管作為導(dǎo)電劑，乙炔 黑是由呈球形的無定形碳顆粒組成的鏈狀物，是目前使用最為廣泛的導(dǎo)電劑，價格低廉，但 為了達到增強電極活性物質(zhì)間相互接觸的目的，所需要的添加量較大，從而造成電極容量 的下降；碳納米管是呈線型的一維碳質(zhì)材料，與乙炔黑相比，碳納米管具有更佳的導(dǎo)電性能 且添加量少，但目前碳納米管的價格昂貴，且作為導(dǎo)電劑使用時存在分散困難的缺點。
[0004] 中國專利公開號CN 1529382 A，公開日2004年9月15日，名稱為大功率塑料鋰離 子電池的發(fā)明專利，該申請案公開了一種大功率塑料鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、電 介質(zhì)膜材料、電解液材料、軟復(fù)合包裝材料和塑料外殼，正極片包括正極材料、黏結(jié)劑、DBP、 碳黑、鋁網(wǎng)，負(fù)極片包括負(fù)極材料、黏結(jié)劑、DBP、碳黑、銅網(wǎng)，電解質(zhì)膜材料包括黏結(jié)劑、二氧 化娃、DBP。正極片、負(fù)極片和電解質(zhì)膜通過加熱復(fù)合制成單元電芯，將單元電芯疊合，采用 復(fù)合膜材料包裝后，形成組合電池，引出極耳，使組合電池的正、負(fù)極通過極耳材料與正、負(fù) 極端子連接，將組合電池置于塑料和體內(nèi)，使蓋與盒體通過超聲波融合，形成完整的大功率 塑料鋰離子電池。其不足之處在于，現(xiàn)有技術(shù)為了防止高倍率放電時，電池極耳處和電芯發(fā) 熱量過大，縮短電池循環(huán)性能而增加導(dǎo)電炭黑含量，在降低發(fā)熱量的同時，會降低電池的能 量密度；為了增加電池高倍率循環(huán)壽命，選擇增加粘結(jié)劑含量，會增大電池內(nèi)阻，電池發(fā)熱 量增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有因?qū)щ妱┨砑恿看蠖沟秒姌O容量下降，使用碳 納米管成本尚的缺陷而提供一種降低成本、提尚石墨稀分散、提尚導(dǎo)電性能和循環(huán)壽命的 石墨稀導(dǎo)電劑。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目地，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種石墨烯導(dǎo)電劑，所述石墨烯導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：18-23份石墨烯、5-10份 聚丙烯腈纖維、3-6份三乙烯四胺，100-160份溶劑、1-5份稀土氧化物、0. 5-1份碳化鈦。在 本技術(shù)方案中，石墨烯的結(jié)構(gòu)可以理解為單層的石墨，因此具有極其優(yōu)良的導(dǎo)電性，其中電 子的運動速度達到了光速的1/300,同時石墨烯獨特的二維納米層狀結(jié)構(gòu)以及巨大的比表 面積相比于碳納米管或炭黑等作為導(dǎo)電劑具有更為突出的優(yōu)勢； 而選用聚丙烯腈纖維與三乙烯四胺則是為了提高石墨烯在溶劑中的分散均勻性，解決 石墨烯部分分散困難的問題； 稀土氧化物的選用可以使得石墨烯在磁場的作用下使其更易分散，與聚丙烯腈纖維與 三乙烯四胺產(chǎn)生協(xié)同分散作用，而石墨烯分散均勻可以使得石墨烯導(dǎo)電劑既發(fā)揮高的電子 導(dǎo)電性的優(yōu)勢提高離子的傳輸速率，又可以發(fā)揮巨大的比表面積優(yōu)勢提高反應(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。
[0007] 碳化鈦的加入主要是為了提高電池的穩(wěn)定性，從而提高電池的安全性能。
[0008] 作為優(yōu)選，所述溶劑為水、乙醇、丁內(nèi)酯、N，N_二乙基乙醇胺、丙酮中的一種或幾種 混合。
[0009] 作為優(yōu)選，所述稀土氧化物為氧化鋱或氧化釓。
[0010] 作為優(yōu)選，石墨烯為粒徑分布于10納米-100微米的黑色粉末，是由單層-1000層 相平行或接近于平行的石墨烯片層構(gòu)成的碳質(zhì)材料，比表面積為50-1500 Hf /g。
[0011] 作為優(yōu)選，所述石墨烯導(dǎo)電劑的制備方法包括以下步驟： 1) 將石墨烯、聚丙烯腈纖維與一半的溶劑混合，超聲分散l〇-25min，得到預(yù)混液A ; 2) 將三乙烯四胺、稀土氧化物與剩下的溶劑混合，在30-45Γ下攪拌30-60min，得到預(yù) 混液B ; 3) 將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入碳化鈦，得到 石墨稀導(dǎo)電劑。
[0012] 作為優(yōu)選，步驟3)中加入碳化鈦的同時施加強度為4650-4800GS的磁場。
[0013] 作為優(yōu)選，步驟3)中，待碳化鈦完全加入后，將磁場強度提高至5000-5250GS，并 攪拌15-20min，然后在超聲波條件下超聲分散30-45min。
[0014] 作為優(yōu)選，超聲頻率為50-65KHZ。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是： 1) 本發(fā)明采用石墨烯導(dǎo)電劑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容量，降低電 池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命； 2) 本發(fā)明制備的石墨烯導(dǎo)電劑在制備鋰離子電池時的用量僅為現(xiàn)有導(dǎo)電劑用量的 50-60%，并減少了 18%的粘結(jié)劑用量，但2C倍率卻提高了 6-10%，節(jié)省了成本，使得鋰離子電 池更具有競爭力； 3) 本發(fā)明制得的導(dǎo)電劑電子傳導(dǎo)能力強且熱量傳導(dǎo)均勻，摻雜到鋰離子電池里面具有 較強的吸液保液能力。
【具體實施方式】
[0016] 以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進一步的解釋： 本發(fā)明所用石墨烯購自寧波墨西科技有限公司，其余原料均可從市場購得。
[0017] 實施例1 一種石墨烯導(dǎo)電劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 將18g石墨烯、5g聚丙烯腈纖維與50g的水、乙醇與丁內(nèi)酯的混合溶劑混合，超聲分 散lOmin，得到預(yù)混液A ;超聲頻率為50KHz ; 2) 將3g三乙烯四胺、Ig氧化釓與50g的水、乙醇與丁內(nèi)酯的混合溶劑混合，在30°C下 攪拌30min，得到預(yù)混液B ; 3) 將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入0. 5g碳化 鈦，加入碳化鈦的同時施加強度為4650GS的磁場，待碳化鈦完全加入后，將磁場強度提高 至5000GS，并攪拌15min，然后在超聲波條件下超聲分散30min ;超聲頻率為50KHz，得到石 墨烯導(dǎo)電劑。其中，水、乙醇與丁內(nèi)酯的質(zhì)量比為3:1:1. 5。
[0018] 實施例2 一種石墨烯導(dǎo)電劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 51)將23g石墨烯、Sg聚丙烯腈纖維與70g的乙醇與N，N-二乙基乙醇胺的混合溶劑混 合，超聲分散12min，得到預(yù)混液A ;超聲頻率為55KHz ; 2) 將5g三乙烯四胺、3g氧化鋱與70g的乙醇與N，N-二乙基乙醇胺的混合溶劑混合， 在35°C下攪拌45min，得到預(yù)混液B ; 3) 將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入0. 85g碳化 鈦，加入碳化鈦的同時施加強度為4750GS的磁場，待碳化鈦完全加入后，將磁場強度提高 至5200GS，并攪拌18min，然后在超聲波條件下超聲分散40min ;超聲頻率為55KHz，得到石 墨烯導(dǎo)電劑。其中，乙醇與N，N-二乙基乙醇胺的質(zhì)量比為2. 5:1。
[0019] 實施例3 一種石墨烯導(dǎo)電劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 將20g石墨烯、IOg聚丙烯腈纖維和80g的丁內(nèi)酯與N，N-二乙基乙醇胺混合溶劑混 合，超聲分散25min，得到預(yù)混液A ;超聲頻率為65KHz ; 2) 將6g三乙烯四胺、5g氧化鋱與80g的丁內(nèi)酯與N，N-二乙基乙醇胺混合溶劑混合， 在45°C下攪拌60min，得到預(yù)混液B ; 3) 將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入Ig碳化鈦， 加入碳化鈦的同時施加強度為4800GS的磁場，待碳化鈦完全加入后，將磁場強度提高至 5250GS，并攪拌20min，然后在超聲波條件下超聲分散45min ;超聲頻率為65KHz，得到石墨 烯導(dǎo)電劑。其中，丁內(nèi)酯與N，N-二乙基乙醇胺的質(zhì)量比為1:2。
[0020] 對比例1，以炭黑為導(dǎo)電劑。
[0021] 將實施例1-3制的的石墨烯導(dǎo)電劑與對比例1的導(dǎo)電劑制作成軟包裝鋰離子電 池，進行循環(huán)性能測試，結(jié)果如下： 表1、測試結(jié)果
本發(fā)明采用石墨烯導(dǎo)電劑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容量，降低電池 內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命；石墨烯導(dǎo)電劑在制備鋰離子電池時的用量僅為現(xiàn)有導(dǎo)電劑用量 的50-60%，并減少了 18%的粘結(jié)劑用量，但2C倍率卻提高了 6-10%，節(jié)省了成本，使得鋰離 子電池更具有競爭力。
【主權(quán)項】
1. 一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，所述石墨烯導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：18-23份 石墨稀、5-10份聚丙稀腈纖維、3-6份三乙稀四胺，100-160份溶劑、1-5份稀土氧化物、 〇. 5-1份碳化鈦。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，所述溶劑為水、乙醇、丁內(nèi) 酯、N，N-二乙基乙醇胺、丙酮中的一種或幾種混合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，所述稀土氧化物為氧化鋱 或氧化釓。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，石墨烯為粒徑分布 于10納米-100微米的黑色粉末，是由單層-1000層相平行或接近于平行的石墨烯片層構(gòu) 成的碳質(zhì)材料，比表面積為50-1500 m2 /g。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，所述導(dǎo)電劑的制備方法包 括以下步驟： 1) 將石墨烯、聚丙烯腈纖維與一半的溶劑混合，超聲分散l〇_25min，得到預(yù)混液A ; 2) 將三乙烯四胺、稀土氧化物與剩下的溶劑混合，在30-45°C下攪拌30-60min，得到預(yù) 混液B ; 3) 將步驟1)得到的預(yù)混液A與步驟2)得到的預(yù)混液B攪拌混合并加入碳化鈦，得到 石墨稀導(dǎo)電劑。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，步驟3)中加入碳化鈦的同 時施加強度為4650-4800GS的磁場。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，步驟3)中，待碳化鈦完 全加入后，將磁場強度提高至5000-5250GS，并攪拌15-20min，然后在超聲波條件下超聲分 散 30-45min。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種石墨烯導(dǎo)電劑，其特征在于，超聲頻率為50-65KHZ。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯導(dǎo)電劑，所述石墨烯導(dǎo)電劑各組分的質(zhì)量份數(shù)為：18-23份石墨烯、5-10份聚丙烯腈纖維、3-6份三乙烯四胺，？100-160份溶劑、1-5份稀土氧化物、0.5-1份碳化鈦。本發(fā)明的有益效果是：采用石墨烯導(dǎo)電劑，利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高電極材料的容量，降低電池內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命；石墨烯導(dǎo)電劑在制備鋰離子電池時的用量僅為現(xiàn)有導(dǎo)電劑用量的50-60%，并減少了18%的粘結(jié)劑用量，但2C倍率卻提高了6-10%，節(jié)省了成本，使得鋰離子電池更具有競爭力。
【IPC分類】H01M4/62
【公開號】CN105118998
【申請?zhí)枴緾N201510210352
【發(fā)明人】劉春朝
【申請人】寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年4月29日