石墨烯锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于充电电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正负两个电极之间往返嵌入和脱嵌。锂电池内部采用螺旋绕制或叠结构结构，由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳组成。电池内充有有机聚合物电解质溶液。构成整个聚合物锂电充放电循环系统。锂离子电池中正极材料占有较大比例，正负极材料的质量比为3:1?4:1。锂离子电池正极材料在锂电池中占据核心地位，锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的的各项性能指标，锂电池的正极材料的成本也直接决定电池成本高低。目前商用锂例子电池的正极材料大多为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂，镍钴锰酸锂以及镍钴锰酸锂(三元材料)中加入少量锰酸锂。该些材料能量密度高、价格低廉、安全性优异，特别适用于动力电池的发展。但是这些正极材料的电阻率大、电极材料利用率低。而且商业锂电池的正极材料附着在集流板上，为了增加正极材料和集流板之间的导电性和附着力，在正极材料和集流板之间增加的导电剂和粘结剂，降低了锂电池的储能密度，产生较大电阻和热阻，在电池使用过程中，使锂离子电池发热，导致锂电池寿命短、倍率低、内热高、利用率低。
[0003]石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯作为新型材料，具有超高的比表面和超强的导电性。高比表面特性导致石墨烯具有大的DBP值，吸液和保液能力是一般导电剂无法比拟的。石墨烯常温下电子迀移率超过15000cm2/V *s，比纳米碳管或硅晶体高，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。而石墨烯的电阻率只约为1 Ω.πι，比铜或银更低，为世界上电阻率最小、导电性最好的材料。将石墨烯作为商业锂离子电池的导电剂能够大大增强锂离子电池的导电能力，但石墨烯材料的成本极高，导致锂离子电池的成本太高，不利于推广应用。
[0004]如中国专利公开第101572327号揭示了一种石墨烯为负极材料的锂离子电池，其包括:金属壳体、电极板、电解液和隔膜。正极电极板所用活性物质为常用锂离子电池正极材料，包括钴酸锂、磷酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂三元材料等。电解液是锂离子电池用六氟磷酸锂电解液，负极采用石墨烯材料。但该发明公开的锂离子电池并没能改善目前锂离子电池正极材料电阻率大、材料利用率低的问题，而且负极材料全部采用石墨烯导致电池的制造成本升高。
[0005]又如中国专利公开第103545531号揭示了一种锂离子电池。该锂离子电池包括间隔设置的正极片和负极片。该正极片和负极片中至少一个包括一集流体。该集流体为一石墨烯膜。所述锂离子电池具有较高的能量密度和较长的使用寿命。但是该发明提供的锂离子电池并没有改善传统锂离子电池正极材料存在的电阻率大、材料利用率低等问题，而且成本太高，不利于推广应用。
[0006]再如中国专利公开第203351704号揭示了一种含石墨烯涂层的超高倍率磷酸铁锂圆柱电池。该石墨烯涂层的超高倍率磷酸铁锂圆柱电池，由电芯、圆柱钢壳、盖帽等组成，其中电芯是由正极极片、负极极片和隔膜卷绕在一起形成，正极极片由正极集流体铝箔、石墨烯涂层、磷酸铁锂涂层构成，负极极片由负极集流体铜箔、石墨烯涂层、负极材料涂层构成，圆柱钢壳与电芯之间填充有电解液。正极极片上焊接有正极极耳，负极极片上焊接有负极极耳。但是，该实用新型提供的含石墨烯涂层的超高倍率磷酸铁锂圆柱电池以石墨烯涂层作为导电剂，石墨烯涂层的方式会增加电池的正负极极片的厚度，增加正负极片通过叠片或卷绕方式制成电池的难度，而且成本太高不利于推广应用。
[0007]另如中国专利公开第204333111号揭示了一种铜基石墨烯聚合物锂电池负极结构。该铜基石墨烯聚合物锂电池负极结构包括:负极石墨电解质层，石墨烯薄膜层，铜箔。聚合物锂电的负集流体铜箔上生长石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜外层附着石墨电解质层。但是，该铜基石墨烯聚合物锂电池负极结构并没能改善传统锂电池正极材料存在的电阻率大、材料利用率低等问题。
[0008]还如中国专利公开第204361191号揭示了一种高密度石墨烯锂电池，其包括有隔膜、正极集流体导电层、石墨烯层1、石墨烯层I1、负极集流体导电层；隔膜与正极集流体导电层相连接，正极集流体导电层设置在对称折叠后的隔膜的中间位置上；隔膜与负极集流体导电层相连接；负极集流体导电层覆盖在对称折叠后的隔膜的内表面上；在正极集流体导电层上间隔设置有石墨烯层I，在负极集流体导电层上间隔设置有石墨烯层II。但是，该实用新型提供的高密度石墨烯锂电池中增加石墨烯层会增加集流体导电层的厚度，增加正负极片通过叠片或卷绕方式制成电池的难度，而且使用石墨烯层的方法，成本太高不利于推广应用。
[0009]因此，提供一种能够增强锂离子电池正极导电性，提高正极材料利用率的低成本锂离子电池的制备方法是研究的重要方向。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种石墨烯锂离子电池及其制备方法，其能够通过添加石墨烯到锂离子电池导电剂中，优化电池正极浆料和负极浆料，提高锂离子电池正极和负极的导电能力，减小电池正极材料与正集流板结合、负极材料与负集流板结合产生的电阻，提高电极利用率，以较低的成本解决传统锂离子电池正极电阻率大、电极材料利用率低的问题。
[0011]根据本发明制备的石墨烯锂离子电池的正极和正集流板、负极和负集流板紧密结合，正极涂布层和负极涂布层中的导电剂含有石墨烯，石墨烯的添加减小了锂离子电池正极和负极的电阻，石墨烯良好的导电性的优势，改善了电池正极和负极的导电性，同时改善了锂离子电池正极材料和负极材料在重复工作过程中内热大的问题。
[0012]根据本发明的一个方面，提供一种石墨烯锂离子电池，该石墨烯锂离子电池的电芯包括正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜，其中，正极极片包括正极集流体以及分别设置于所述正极集流体两侧面的正极涂布层，正极涂布层由纳米颗粒正极材料混合物涂覆于所述正极集流体表面制成，正极材料混合物由正极材料、粘结剂、混合导电剂和溶剂混合制备而成，其中，混合导电剂中包含石墨烯。
[0013]可选择地，负极极片包括正极集流体以及分别设置于所述负极集流体两侧面的负极涂布层，负极涂布层由负极材料混合物涂覆于负极集流体表面制成，负极材料混合物由纳米颗粒负极材料、粘结剂、混合导电剂和溶剂混合制备而成。其中，混合导电剂中包含石墨稀。
[0014]优选的，正极材料混合物中石墨烯含量为5?15%。，负极材料混合物中石墨烯含量为5?10%ο
[0015]可选择地，该石墨烯锂离子电池的正极材料可以为以下材料中的至少一种:磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂。
[0016]可选择地，该石墨烯锂离子电池的负极材料可以为以下材料中的至少一种:天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、锡基氧化物、硅基合金、钛的氧化物。
[0017]可选择地，该石墨烯锂离子电池的溶剂是水。
[0018]可选择地，该石墨烯锂离子电池的粘结剂可以为以下材料中的至少一种:聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、苯乙烯与丁二烯的共聚物、丙烯腈多元共聚物、丙烯腈与丁二烯的共聚物。
[0019]可选择地，该石墨烯锂离子电池电芯的正极集流体为铝箔。
[0020]可选择地，该石墨烯锂离子电池电芯的负极集流体为铜箔。
[0021 ] 可选择的，该石墨烯锂离子电池电芯的正极也可以选择其他替代材料。
[0022]可选择的，该石墨烯锂离子电池电芯的负极也可以选择其他替代材料。
[0023]根据本发明的另一方面，提供一种石墨烯锂离子电池的制备方法，包括:(1)、准备纳米颗粒正极材料、粘结剂、混合导电剂和溶剂，将准备好的纳米颗粒正极材料、粘结剂、混合导电剂分别分散到溶剂搅拌混合均匀，制成正极浆料；(2)、准备纳米颗粒负极材料、导电剂、粘结剂和溶剂，将准备好的纳米颗粒负极材料、导电剂、粘结剂分散到溶剂中搅拌混合均匀，制成负极浆料；(3)、将正极浆料涂布在正极集流体两侧表面，干燥后剪切制成正极极片；(4)、将负极浆料涂布在负极集流体两侧表面，干燥后剪切制成负极极片；(5)、将正极极片、隔膜和负极极片通过叠片或卷绕方式制成石墨烯锂离子电池的电芯。
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