一種碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，世界面臨環(huán)境污染、能源危機(jī)、資源匱乏等嚴(yán)峻的問題，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的社會(huì)就必須找到無污染、可再生節(jié)約型的二次能源。鋰離子電池是一種新型的綠色化學(xué)電源，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池相比較，鋰離子電池具有電壓高、容量高、壽命長、能量密度大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。由于其具備的一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在便攜式電子設(shè)備、空間技術(shù)、電動(dòng)汽車、國防工業(yè)等多方面具有很廣闊的應(yīng)用前景，成為近些年廣為關(guān)注的研究和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。而大部分研究熱點(diǎn)都是針對(duì)鋰離子電池的電極材料展開的，其中關(guān)于碳納米管的研究取得了重要進(jìn)展，目前國內(nèi)市場碳納米管在鋰離子電池的市場銷量在一年200噸左右。理想情況下，碳納米管由是石墨層卷成的無縫、中空管體。由于其具有極高的表面積、優(yōu)異的機(jī)械性能和電學(xué)性能，使其至發(fā)現(xiàn)以來一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。據(jù)已有的的研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)碳納米管作為負(fù)極的充放電容量可以超過石墨嵌鋰化合物理論容量的一倍以上，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料可以在碳納米管的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升鋰離子電池的導(dǎo)電性，能量密度和功率密度，支撐極片提升循環(huán)性能，降低內(nèi)阻，大幅降低電池充放電過程的溫度等。
[0003]碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)是共軸的圓錐體，圓錐體是由同心的圓柱型石墨層沿著外表面逐漸縮短套構(gòu)而成，圓錐體的最里層是直徑為一個(gè)或者幾個(gè)納米的單壁納米碳管或者多壁納米碳管，它們或者是由不同層數(shù)或者不同結(jié)構(gòu)的納米碳管通過范德華力直接疊加而成，也或者是同一層數(shù)納米碳管成束疊加而成，各個(gè)部位由碳以無縫連接的方式構(gòu)成一個(gè)整體。這些碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料外表面由逐漸縮短的石墨層組成的梯狀結(jié)構(gòu)是大量的活性位，在高性能鋰離子電池具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高鋰離子電池容量、倍率和循環(huán)性能的一種碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池的制備方法。
[0005]本發(fā)明具體步驟如下。
[0006](I)稱取一定量的活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導(dǎo)電劑，并采用瑪瑙研缽分別研磨活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導(dǎo)電劑至均勾。
[0007](2)將步驟(I)研磨好的活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導(dǎo)電劑加入聚偏氟乙烯(PVDF)粘接劑的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機(jī)溶劑中，并進(jìn)行攪拌，得到漿料，攪拌時(shí)間為Ih-5h0
[0008](3 )將步驟(2 )制備好的漿料均勻地涂布于清洗并烘干的集流體上，并進(jìn)行干燥，即得到極片，干燥時(shí)間為5h_12h。
[0009](4)將電池的不銹鋼殼用蒸餾水清洗，然后用蒸餾水超聲清洗10-30min，再用無水乙醇超聲清洗10_30min，最后在烘箱中70°C-100°C。
[0010](5)在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼、極片、隔膜、鋰片、泡沫鎳、不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤極片及隔膜材料。
[0011 ] (6)將安裝好的鋰離子電池放置于通風(fēng)避光出干燥12h-24h。
[0012]步驟(I)所述的活性物質(zhì)為石墨，磷酸鐵鋰，或者鎳鈷錳(NCM)三元系列材料，如NCM (111)，NCMC523), NCMC424), NCMC622), NCM(811)等，或者是其它的高錳三元材料。導(dǎo)電劑為超級(jí)炭黑或乙炔黑。
[0013]步驟(3)所述的集流體為鋁箔或銅箔。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果。
[0015](I)摻雜碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池，顯著的提高了電池的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能。
[0016](2)使用同樣的活性物質(zhì)，電池容量得到一定程度的提高，并且其倍率性大幅度得到提升。
[00?7] (3 )由于碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料的特殊凹凸葫蘆結(jié)構(gòu)，更起到支撐活性物質(zhì)，形成立體三維網(wǎng)絡(luò)使得活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止活性物質(zhì)粉化脫落，從而大幅度延長電池的循環(huán)壽命O
[0018](4)該種電極材料制作出的鋰離子電池安全性能高，對(duì)環(huán)境無污染。
[0019](5)本發(fā)明制備工藝簡單，原料易得，成本低廉，條件易控，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。實(shí)施例中所述方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法;所述材料試劑，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0021]實(shí)施例1。
[0022]稱取通過化學(xué)氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.1g，石墨0.38g，超級(jí)炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級(jí)炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進(jìn)行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進(jìn)行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風(fēng)避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進(jìn)行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為723mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為382mAh/g0
[0023]實(shí)施例2。
[0024]稱取通過化學(xué)氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.15g，石墨0.33g，超級(jí)炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級(jí)炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進(jìn)行攪拌3h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進(jìn)行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風(fēng)避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進(jìn)行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為746mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為371mAh/g0
[0025]實(shí)施例3。
[0026]稱取通過化學(xué)氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.07g，石墨0.41g，超級(jí)炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級(jí)炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進(jìn)行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥10h，干燥完成后進(jìn)行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風(fēng)避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進(jìn)行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為683mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為354mAh/g。
[0027]實(shí)施例4。
[0028]稱取通過化學(xué)氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.1g，磷酸鐵鋰0.38g，乙炔黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、磷酸鐵鋰和乙炔黑研磨均勻，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進(jìn)行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的鋁箔上，然后將涂布后的鋁箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進(jìn)行沖壓即得到14_的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸