[发明专利]一种石墨烯正极浆料及高效可控制备方法

说明书

本发明是一种石墨烯正极浆料及高效可控制备方法，该石墨烯正极浆料为正极活性材料、石墨烯及其他导电碳材料、粘结剂(PVDF)、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)的复合物，首先向双行星搅拌分散机中加入适量正极活性材料干粉、PVDF干粉，慢搅一定时间；然后分批加入适量导电浆料并搅拌、分散，进行润湿、捏合、湿混；最后加入适量NMP溶剂调节浆料粘度，快搅分散足够长时间，得到最终浆料。该石墨烯正极浆料中的石墨烯分散良好，对正极活性材料颗粒能形成良好的包覆效果，在电极中能形成高效率电荷传输网络，可加快电子的扩散速度，减小电池极化，提高电池电化学性能。本发明方法的浆料粘度可控性高，具备更好的稳定性和流变特性。

技术领域

本发明是一种石墨烯正极浆料及高效率可控制备方法，属于电池制造技术领域。

背景技术

石墨烯是一种新型二维纳米材料，具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。同时具有超高的电子迁移率(200000cm²/V.S)、热导率(5000W/m.K)。利用石墨烯优异的导电性、超大的比表面积、独特的二维网络结构改性正极活性材料，将大大提高材料的导电性能，能有效缩短电池充放电过程中电子的传输路径,加快两者的传输速度。这对于提高锂电池的倍率性能、循环寿命等具有重要意义。以石墨烯为主要原材料，制成分散态的导电浆料，在锂电池正极混浆工艺中以导电助剂的形式加入，是目前实现石墨烯在锂电池上工程化应用的重要手段。

混浆工艺在锂离子电池整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30％，是整个电池生产工艺中最重要的环节。然而，作为新型锂电池导电助剂，石墨烯难以被国内电池厂高效甚至有效应用。其常规的正极混浆工艺难以保证石墨烯良好分散，造成石墨烯的堆叠、团聚，难以形成有效的电荷传输网络，甚至还会阻碍锂离子的传输，造成严重的极化。同时目前的正极混浆工艺时间过长，效率低下，并且可控性差，最终形成的浆料质量不高。这些都极大限制了电池制造水平的提高和企业经济效益的提升。

发明内容

本发明的目的在于针对目前正极活性材料本体的缺陷及正极混浆工艺的不足而设计提供了一种石墨烯正极浆料及高效可控制备方法，该制备方法在不改变现有电池厂混浆设备的前提下，利用石墨烯独特的二维结构及优异的导电性，改性目前的正极活性材料，提高锂电正极材料的倍率性能、循环寿命等。同时提高混浆效率及正极浆料质量，缩短电池制造周期，提高电池制造水平。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该种石墨烯正极浆料及高效可控制备方法的步骤如下：

步骤一、向双行星搅拌分散机中加入正极活性材料干粉和PVDF干粉，以5～20r/min的速度进行搅拌，时间为10min以上；

所述正极活性材料干粉占石墨烯正极浆料中固体总质量的95％～99％，PVDF干粉占石墨烯正极浆料中固体总质量的0.5％～3％；

步骤二、加入石墨烯复合导电浆料，使混合物中固含量达到为85％～95％，以5～20r/min的速度搅拌进行润湿处理，时间为10min以上；

步骤三、加入石墨烯复合导电浆料，使混合物中固含量达到75％～85％，以5～20r/min的速度搅拌的同时以100～500r/min的速度分散，进行捏合处理，时间为10min以上；

步骤四、加入石墨烯复合导电浆料，使混合物中的导电干粉占石墨烯正极浆料中固体总质量的0.3％～3％，导电干粉来源于石墨烯复合导电浆料中，以20～30r/min的速度搅拌的同时以1000～3000r/min的速度分散，时间为1h以上；

步骤五、加入NMP溶剂调节浆料粘度至5000～8000mPa.s，以步骤四的搅拌分散方式进行30min以上，得到石墨烯正极浆料。

进一步，正极活性材料是磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂、钴酸锂或富锂锰基材料。