[发明专利]石墨烯改性锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯改性锂离子电池及其制备方法，电池包括：电池外壳、负极绝缘片、正极绝缘片、电芯及盖帽。电芯包括正极极片、负极极片及隔膜。正极极片包括正极集流体及正极材料涂层，正极材料涂层由正极材料混合物涂覆于正极集流体表面制成，正极材料混合物包含纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、正极混合导电剂及正极溶剂。负极极片包括负极集流体及负极材料涂层，负极材料涂层由负极材料混合物涂覆于负极集流体表面制成。其中，正极混合导电剂中按重量份数计包含：97～99份正极导电剂基料、0.2～0.4份石墨烯、0.2～0.4份SP、以及0.2～0.4份KS‑6。

技术领域

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

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片结构，由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳组成，电池内充有电解质溶液。

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。这些材料能量密度高、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。

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。石墨烯常温下电子迁移率超过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1Ω·m，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。

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。

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。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。

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，而且增加了电池制作的工序，成本太高不利于推广应用。