含石墨烯和氧化镁的锂离子电池、正极浆料及制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地说是一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池、正极浆料及制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池，以其能量密度高、循环性能好、电池电压高、工作温度范围宽、储存寿命长、无记忆效应、自放电率小、可快速充放电、绿色环保等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，还作为动力型电池逐渐在电动自行车、航模、电动汽车上得到广泛使用。
3.现有技术的锂离子电池，正极多采用磷酸铁锂、钴酸锂、多元材料等正极活性材料，原始导电性差；采用导电炭黑作为导电材料，使得极片的导电能力偏弱，面电阻高，导致大电流通过极片时，发热严重，能量损耗大，效率低，循环性不好。
4.基于上述情况，亟需开发一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池、正极浆料及制备方法。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池、正极浆料及制备方法。本发明锂离子电池的正极浆料采用纳米石墨烯和纳米氧化镁材料与磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、多元材料按配方比例及加入顺序进行物理混合，确保导电性能的提升，提高高低温稳定性，提升循环性能。
6.本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
7.一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池正极浆料，包括组分a和溶剂n-甲基吡络烷酮。组分a包括质量百分比的以下成分：90～92％主活性物质、2～3％导电炭黑、0.5～1％纳米石墨烯、0.5～1％纳米氧化镁、2.5～5％聚偏氟乙烯。溶剂n-甲基吡络烷酮适量。
8.优选地，所述主活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、多元正极材料中的一种或组合。
9.优选地，所述组分a包括质量百分比的以下成分：92％三元正极材料、2.5％导电炭黑、0.5％纳米石墨烯、0.5％纳米氧化镁、4.5％聚偏氟乙烯。
10.本发明的另一目的在于公开上述正极浆料的制备方法，包括以下步骤：
11.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂中，搅拌30分钟，搅拌线速度5～8m/s；炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
12.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8～10m/s；
13.(3)加入主活性物质，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度8～10m/s；
14.(4)加入纳米氧化镁，搅拌60分钟，搅拌线速度10～12m/s；
15.(5)加入纳米石墨烯，搅拌180分钟，搅拌线速度10～16m/s；
16.(6)调整浆料粘度为8000～12000cps，固含量为49～59％；
17.(7)真空静置60分钟，除气泡，制得正极浆料。
18.优选地，步骤(6)中调整浆料粘度通过补充溶剂进行。
19.本发明的又一目的在于公开一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，正极片由上述方法制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上制成。
20.优选地，所述负极片是由负极浆料均匀涂覆在铜箔上制成。
21.负极浆料包括组分b和溶剂水，所述组分b包括质量百分比的以下成分：95％石墨、1％导电炭黑、3.5％水性粘结剂、0.5％羧甲基纤维素钠；所述导电炭黑溶解于溶剂中形成导电炭黑水溶液，所述溶剂水至少占导电炭黑水溶液质量百分比的45％。
22.负极浆料通过以下步骤制备而成：
23.(1)将导电炭黑溶解于水中，搅拌60分钟，搅拌线速度6m/s，溶剂水占导电炭黑水溶液质量百分比的45％；
24.(2)加入羧甲基纤维素钠，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
25.(3)加入石墨，均匀分3次加入，每次搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
26.(4)加入水性粘结剂，搅拌30分钟，搅拌线速度12m/s；
27.(5)调整浆料粘度为4000cps，固含量为50％；
28.(6)真空静置30分钟，除气泡，得到负极浆料。
29.优选地，所述隔膜以聚乙烯或者聚丙烯为基材，双面涂覆陶瓷涂层。
30.优选地，所述电解液包括溶剂、电解质和添加剂，所述溶剂包括质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯；所述电解质为六氟磷酸锂，所述电解质的摩尔浓度为1mol/l。
31.优选地，所述电解液通过以下方法制备而成：将溶剂、电解质依次加入到反应釜中，加热搅拌，混合均匀后制得电解液。这里溶剂的水分及纯度要符合电解质的使用标准，否则应当预先进行提纯处理。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
33.本发明锂离子电池的正极浆料采用超导材料石墨烯及高低温性能稳定、具有良好的导热性的纳米氧化镁作为添加剂，可以大幅降低正极片的面电阻，提高电池充放电效率及循环稳定性。
34.本发明锂离子电池能够高倍率充放电，提高充放电效率。传统方法的电池最大允许1小时充满电，本发明锂离子电池可以15分钟内充满电，大大提高了充电效率，同时快充下的循环性能也得到提升。
具体实施方式
35.以下结合具体实施例来对本发明作进一步的说明。
36.实施例1
37.一种含石墨烯和氧化镁的锂离子电池正极浆料，包括组分a和溶剂n-甲基吡络烷酮。
38.组分a包括质量百分比的以下成分：90～92％主活性物质、2～3％导电炭黑、0.5～1％纳米石墨烯、0.5～1％纳米氧化镁、2.5～5％聚偏氟乙烯。溶剂n-甲基吡络烷酮适量。
39.主活性物质可以是磷酸铁锂、钴酸锂、多元正极材料中的一种或组合。
40.上述正极浆料的制备方法，包括以下步骤：
41.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂中，搅拌30分钟，搅拌线速度5～8m/s；炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
42.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8～10m/s；
43.(3)加入主活性物质，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度8～10m/s；
44.(4)加入纳米氧化镁，搅拌60分钟，搅拌线速度10～12m/s；
45.(5)加入纳米石墨烯，搅拌180分钟，搅拌线速度10～16m/s；
46.(6)调整浆料粘度为8000～12000cps，固含量为49～59％；
47.(7)真空静置60分钟，除气泡，制得正极浆料。
48.步骤(6)中调整浆料粘度通过补充溶剂进行。
49.将制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上，则制成正极片。
50.实施例2
51.一种高安全性锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液。
52.正极片制作：
53.正极浆料，包括组分a和溶剂n-甲基吡络烷酮。
54.组分a包括重量份的以下成分：三元正极材料92份、导电炭黑2.5份、纳米石墨烯0.5份、纳米氧化镁0.5份、聚偏氟乙烯4.5份。
55.正极浆料通过以下步骤制备而成：
56.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂，搅拌30分钟，搅拌线速度6m/s，炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
57.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
58.(3)加入三元正极材料，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度10m/s；
59.(4)加入纳米氧化镁，搅拌60分钟，搅拌线速度10m/s；
60.(5)加入纳米石墨烯，搅拌180分钟，搅拌线速度16m/s；
61.(6)根据实际情况补充溶剂调整浆料粘度为9500cps，固含量为52％；
62.(7)真空静置60分钟，除气泡，得到正极浆料。
63.将制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上，则制成正极片。
64.负极片制作：
65.负极浆料包括组分b和溶剂水。组分b包括质量百分比的以下成分：95％石墨、1％导电炭黑、3.5％水性粘结剂、0.5％羧甲基纤维素钠。
66.负极浆料通过以下步骤制备而成：
67.(1)将导电炭黑溶解于水中，搅拌60分钟，搅拌线速度6m/s，溶剂水占导电炭黑水溶液质量百分比的45％；
68.(2)加入羧甲基纤维素钠，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
69.(3)加入石墨，均匀分3次加入，每次搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
70.(4)加入水性粘结剂，搅拌30分钟，搅拌线速度12m/s；
71.(5)根据实际情况补充溶剂调整浆料粘度为4000cps，固含量为50％；
72.(6)真空静置30分钟，除气泡，得到负极浆料。
73.将制得的负极浆料均匀涂覆在铜箔上，则制成负极片。
74.隔膜：
75.隔膜材料选择聚丙烯材料，使用双面陶瓷隔膜。
76.电解液制作：
77.电解液包括溶剂、电解质和添加剂。溶剂包括质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯。电解质为六氟磷酸锂，电解质的摩尔浓度为1mol/l。
78.电解液通过以下方法制备而成：将溶剂、电解质依次加入到反应釜中，加热搅拌，混合均匀后制得电解液。这里溶剂的水分及纯度要符合电解质的使用标准，否则应当预先进行提纯处理。
79.对比例1(不含纳米石墨烯和纳米氧化镁)
80.一种电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液。
81.正极片制作：
82.正极浆料，包括组分c和溶剂n-甲基吡络烷酮。
83.组分c包括重量份的以下成分：三元正极材料92份、导电炭黑2.5份、聚偏氟乙烯4.5份。
84.正极浆料通过以下步骤制备而成：
85.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂，搅拌30分钟，搅拌线速度6m/s，炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
86.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
87.(3)加入三元正极材料，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度10m/s；
88.(4)根据实际情况补充溶剂调整浆料粘度为9500cps，固含量为52％；
89.(5)真空静置60分钟，除气泡，得到正极浆料。
90.将制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上，则制成正极片。
91.其余负极片、隔膜和电解液均和实施例2相同。
92.对比例2(不含纳米氧化镁)
93.一种电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液。
94.正极片制作：
95.正极浆料，包括组分d和溶剂n-甲基吡络烷酮。
96.组分d包括重量份的以下成分：三元正极材料92份、导电炭黑2.5份、纳米石墨烯0.5份、聚偏氟乙烯4.5份。
97.正极浆料通过以下步骤制备而成：
98.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂，搅拌30分钟，搅拌线速度6m/s，炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
99.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
100.(3)加入三元正极材料，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度10m/s；
101.(4)加入纳米石墨烯，搅拌180分钟，搅拌线速度16m/s；
102.(5)根据实际情况补充溶剂调整浆料粘度为9500cps，固含量为52％；
103.(6)真空静置60分钟，除气泡，得到正极浆料。
104.将制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上，则制成正极片。
105.其余负极片、隔膜和电解液均和实施例2相同。
106.对比例3(不含纳米石墨烯)
107.一种电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液。
108.正极片制作：
109.正极浆料，包括组分e和溶剂n-甲基吡络烷酮。
110.组分e包括重量份的以下成分：三元正极材料92份、导电炭黑2.5份、纳米氧化镁0.5份、聚偏氟乙烯4.5份。
111.正极浆料通过以下步骤制备而成：
112.(1)将导电炭黑溶解于n-甲基吡络烷酮溶剂，搅拌30分钟，搅拌线速度6m/s，炭黑和n-甲基吡络烷酮质量比为1:10；
113.(2)加入聚偏氟乙烯，搅拌30分钟，搅拌线速度8m/s；
114.(3)加入三元正极材料，均匀分3次加入，每次搅拌10分钟，搅拌线速度10m/s；
115.(4)加入纳米氧化镁，搅拌60分钟，搅拌线速度10m/s；
116.(5)根据实际情况补充溶剂调整浆料粘度为9500cps，固含量为52％；
117.(6)真空静置60分钟，除气泡，得到正极浆料。
118.将制得的正极浆料均匀涂覆在铝箔上，则制成正极片。
119.其余负极片、隔膜和电解液均和实施例2相同。
120.按照实施例2和对比例1-3制作成5安时电芯，进行交流内阻、快充效率及循环测试，结果如下：
121.测试项目实施例2对比例1对比例2对比例3交流阻抗2.5mω5.8mω3.5mω4.6mω2c快充效率98％86％94％90％400个循环后容量保持率95％83％90％92％
122.由上表可以看出：实施例2的电池正极浆料采用超导材料石墨烯及高低温性能稳定、具有良好的导热性的纳米氧化镁作为添加剂，可以大幅降低正极片的面电阻，提高电池充放电效率及循环稳定性。
123.实施例2的锂离子电池能够高倍率充放电，提高充放电效率，同时快充下的循环性能也得到提升。
124.以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。