石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法
【专利摘要】本发明公开了石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的应用方法，根据活性物质（90?97%）、导电剂（1?4%）、增稠剂（1?5%、）粘结剂（1?3%）的质量比例，通过增稠剂分散、导电剂分散、活性物质分散、粘结剂分散等步骤，制备出的浆料均匀性好，稳定性优异。采用本发明提供的负极浆料所制得的锂电池，能够显著降低电池的内阻，提高电池的大电流放电性能、低温性能，以及大电流充放电循环性能。
【专利说明】
石墨稀作为导电剂用于裡离子电池负极浆料的方法
技术领域
[0001] 本发明属于裡离子电池材料制造技术领域，具体设及一种石墨締作为导电剂用于 裡离子电池负极浆料的方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池具有比容量大、放电电压高而平稳、低溫性能好、环境友好、安全、寿命 长、自放电小W及儀氨、儀儒二次电池无可比拟的优点。自1991年问世W来，经过十余年的 发展，裡离子电池已经主导了小型便携式电池的市场。
[0003] 裡离子电池一般包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔膜。正极极 片包括正极集流体和涂布在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和涂布在负 极集流体上的负极膜片。电极极片制备时，首先将活性物质(如钻酸裡、石墨等）、导电剂(如 乙烘黑，碳纳米管、碳纤维等）、粘接剂（如聚偏氣乙締、聚乙締基化咯烧酬、簇甲基纤维素 钢、T苯橡胶乳液等)和溶剂(如N-甲基化咯烧酬、水等)一起制成电极浆料，再将其按要求 涂覆在集流体表面，然后进行干燥，得到电池极片。其中电极浆料的性能对裡离子电池的性 能有着重要的影响。电极浆料中各组分分散得越均匀，极片便具有越好的加工性能，且电极 各处的阻抗分布均匀，在充放电时活性物质的作用可W发挥得越大，其平均克容量发挥将 会有所提升，从而提升全电池的性能。
[0004] 优异的导电剂需要具备W下几个特征:一、电导率较高，高电导率的材料能提高电 子的迁移速率;二、粒径较小，小粒径的材料能填充裡离子电池正、负极材料的空隙，使材料 之间的接触较好，易于裡离子的脱出、嵌入;Ξ、高比表面积，比表面积大的材料能较好的与 正、负极材料接触，同样易于电解液的保持，便于裡离子的脱嵌与电子迁移；四、易于分散， 在正、负极材料配置浆料过程中易于打散和分散，能较好的与正、负极材料混合在一起;五、 高稳定性，在裡离子电池充放电的过程中能稳定存在，不会发生体积变化而影响电池的循 环性能。
[0005] 石墨締是一种作为天然存在于自然界的Ξ维结构碳同素异形体的石墨的碳原子 排列成二维片材形式的六边形平面结构的材料。石墨締的碳原子形成SP2键，并具有单原子 厚度的平面片材形式。石墨締具有显著优异的导电性和导热性，并且物理性能(如优良的机 械强度、柔软性、弹性、取决于厚度的量子化透明度、高比表面积等等)可W通过存在于石墨 締中的原子的特定键合结构来解释。构成石墨締的碳的四个外围电子中的Ξ个形成sp2杂 化轨道从而具有σ键，而剩下的一个电子和周围碳原子形成一个π键，W提供一个六边形二 维结构。因此，石墨締具有不同于其它碳同素异形体的能带结构，并且不具有带隙（band gap )从而表现出优异的导电性;然而，石墨締是一种半金属材料，其中电子的费米能级态 密度是0,并且因此，取决于它是否被渗杂，可W容易地改变电特性。相应地，由于石墨締可 W被广泛应用于汽车、能源、航空、建筑、制药和钢铁领域，W及各种电气电子领域，诸如新 一代材料、电容器、电磁屏蔽材料、传感器、显示器等，其可取代娃电气电子材料，因此在各 种领域中应用石墨締的技术已有诸多研究在进行。
【发明内容】
[0006] 基于上述现状，本发明提出了一种石墨締作为导电剂用于裡离子电池负极浆料的 方法。本发明将全新的石墨締作为导电剂材料应用于裡离子电池负极浆料，提供了活性物 质与其它辅料之间合理的配比。
[0007] 上述石墨締作为导电剂用于裡离子电池负极浆料的方法，按如下步骤进行： (1) 首先将所需量70%~90%的溶剂放入揽拌器中，再加入所需量的增稠剂，揽拌0.5~2 小时； (2) 增稠剂分散完全后，加入所需量的导电剂石墨締，揽拌0.5~2小时； (3) 导电剂分散完全后，加入所需量的活性物质，揽拌2~6小时； (4) 活性物质分散完全后，加入所需量的粘结剂，揽拌0.5~2小时。所有组分分散完全 后，适当加入剩余溶剂调整浆料粘度至2000~5000Mpa · S。
[0008] 上述步骤1中溶剂为去离子水，增稠剂为簇甲基纤维素钢(CMC),步骤4中粘结剂为 下苯橡胶(SBR)。
[0009] 上述步骤3中活性物质为人造石墨、天然石墨、铁酸裡、硬碳、中间相碳微球、裡过 渡金属氮化物和过渡金属氧化物、单质娃或锡、娃碳或锡碳复合材料中的一种或多种混合 物。
[0010] 上述步骤4中粘结剂为下苯橡胶(SBR)。
[0011] 上述步骤1至步骤4中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂各组分的质量比依 次为(90-97) : (1-4) : (1-5) : (1-3)，溶剂为上述各组分总量的80%~120%。
[0012] 上述各步骤中，揽拌设备是双行星真空揽拌机，浆料溫度是利用向行星揽拌桶通 入相应溫度的恒溫循环水的方法来控制的。
[0013] 本发明的有益效果是:本发明为石墨締导电剂在裡离子电池负极材料实际使用提 供合理可靠的配方及其制备方法，使用石墨締导电剂能够显著降低电池的内阻，提高电池 的大电流放电性能、低溫性能，W及大电流充放电循环性能。
【附图说明】
[0014] 附图1是实施例1与对比例1的循环测试容量保持率对比图。
【具体实施方式】
[0015] 下面对本发明优选实施例作详细说明。
[0016] 实施例1 石墨締作为导电剂用于裡离子电池负极浆料，按照人造石墨:石墨締:CMC:SBR =94.0: 1.5:2.0:2.5的质量比，溶剂去离子水为上述各组分总量的100%dCMC分散时间为0.5小时， 石墨締分散时间为2小时，活性物质分散时间为4小时，SBR分散时间为0.5小时，最终浆料粘 度为为4215Mpa · S。
[0017] 按照裡电池常规生产工艺，将负极浆料经涂布、干燥、社膜、分切制成负极片，然后 与憐酸铁裡正极片、隔膜、电解液、电池外壳进行组装成，经充放电活化后制得18650型、初 始设计容量为1350mA的圆柱憐酸铁裡电池。
[001引对比例1 按照常规的人造石墨负极浆料生产工艺，按照人造石墨:SP: CMC: S服=94.0:1.5:2.0: 2.5的质量比，溶剂去离子水为上述各组分总量的100%dCMC分散时间为0.5小时，石墨締分 散时间为2小时，活性物质分散时间为4小时，SBR分散时间为0.5小时，最终浆料粘度为为 3943Mpa · S0
[0019] 对实施例1和对比例1所制得的18650型圆柱憐酸铁裡电池进行电学性能测试，其 在1C下充放1000次的循环容量对比结果如图1所示，具体检测数据及电池内阻测试对比 结果如表1所示。
[0020] 实施例2 石墨締作为导电剂用于裡离子电池负极浆料，按照天然石墨:石墨締:CMC:SBR =94.5: 2.0:1.6:1.9的质量比，溶剂去离子水为上述各组分总量的80%dCMC分散时间为1小时，石墨 締分散时间为3小时，活性物质分散时间为3小时，SBR分散时间为0.5小时，最终浆料粘度为 为4578Mpa · S。
[0021] 对比例2 按照常规的天然石墨负极浆料生产工艺，按照天然石墨:SP: CMC: S服=94.5:2.0:1.6: 1.9的质量比，溶剂去离子水为上述各组分总量的80%dCMC分散时间为1小时，石墨締分散时 间为3小时，活性物质分散时间为3小时，S B R分散时间为0.5小时，最终浆料粘度为为 4251Mpa · S〇
[0022] 对实施例2和对比例2所制得的4244130型软包电池进行电学性能测试，其在1C下 充放1000次的循环容量保持率检测数据及电池内阻测试对比结果如表1所示。
[0023] 表1各实施例与对比例的能量密度及内阻测试对比结果
从上表可W看出，采用本发明方法制备的负极浆料所制得的裡电池，在能量密度上均 高于常规负极浆料生产工艺所制得的裡电池，在内阻上均低于常规负极浆料生产工艺所制 得的裡电池。
[0024] 本发明提供的石墨締导电剂浆料具有导电性好、克容量高、设备简单、成本低、适 用范围广等特点，不仅可用于普通数码裡离子电池产品上，还可W应用于动力和储能裡离 子电池中。
[0025] 本领域的技术人员应认识到，W上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本 发明的限定，只要在本发明的范围内，对W上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范 围。
【主权项】
1. 石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，按如下步骤进行： (1)首先将所需量70%~90%的溶剂放入搅拌器中，再加入所需量的增稠剂，搅拌0.5~2 小时； ⑵增稠剂分散完全后，加入所需量的导电剂石墨烯，搅拌0.5~2小时； (3) 导电剂分散完全后，加入所需量的活性物质，搅拌2~6小时； (4) 活性物质分散完全后，加入所需量的粘结剂，搅拌0.5~2小时，所有组分分散完全 后，适当加入剩余溶剂调整浆料粘度至2000~5000Mpa · S。2. 根据权利要求1中所述的石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，其特 征是:步骤1中溶剂为去离子水，增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)，步骤4中粘结剂为丁苯橡 胶（SBR)。3. 根据权利要求1中所述的石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，其特 征是:步骤3中活性物质为人造石墨、天然石墨、钛酸锂、硬碳、中间相碳微球、锂过渡金属氮 化物和过渡金属氧化物、单质硅或锡、硅碳或锡碳复合材料中的一种或多种混合物。4. 根据权利要求1中所述的石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，其特 征是:步骤4中粘结剂为丁苯橡胶(SBR)。5. 根据权利要求1中所述的石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，其特 征是:步骤1至步骤4中，负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂各组分的质量比依次为(gO-97): (1-4) : (1-5) : (1-3) ， 溶剂为上述各组分总量的 80% ~ 120%。6. 根据权利要求1中所述的石墨烯作为导电剂用于锂离子电池负极浆料的方法，其特 征是:步骤1至步骤4中，搅拌设备是双行星真空搅拌机，浆料温度是利用向行星搅拌桶通入 相应温度的恒温循环水的方法来控制的。
【文档编号】H01M4/13GK105870401SQ201610386985
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】田东
【申请人】田东