一種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源危機的不斷加劇，新能源正逐漸成為各國投入的重點。目前鋰離子 電池在手機、電腦等便攜設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是鋰動力電池，全球各大汽車廠商 都在加緊實現(xiàn)其在汽車上的應(yīng)用。電極材料是制約鋰離子電池性能、價格的關(guān)鍵性要素之 一，一直是國內(nèi)外研究的熱點。隨著高安全、高功率、長壽命和大容量的鋰離子動力電池組 的研究開發(fā)，電極材料用的導(dǎo)電劑成為電池進(jìn)一步發(fā)展的制約性要素之一。鋰電池中的正 極材料大部分是導(dǎo)電性不好的鋰離子化合物，這就需要添加大量的導(dǎo)電劑形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)， 以改善材料的導(dǎo)電性。對于負(fù)極材料而言，同樣需要添加一定量的導(dǎo)電劑來改善其吸液性 等加工性能及倍率性能。
[0003] 石墨烯自從2004年由曼徹斯特大學(xué)的兩位教授制備出以來，得到了學(xué)術(shù)界的 廣泛關(guān)注，首要一點就是其超高的電導(dǎo)率，對于這種二維晶體電子在其中的運行速度達(dá) 到了光速的1/300,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為"載荷 子"(electricchargecarrier)。究其原因，它的性質(zhì)和相對論的中微子非常相似，而相對 論性的載荷子可以全自由地穿行，因為根據(jù)量子電動力學(xué)的觀點，所有的粒子都發(fā)生了量 子隧道效應(yīng)，通過率100%。除了電導(dǎo)性，石墨烯還具有超高的比表面積，其比表面積的理論 計算值達(dá)到了 2630m2/g。結(jié)合石墨烯的以上特性，人們開展了在鋰電池中應(yīng)用石墨烯的研 究。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)公開了一種鋰離子電池導(dǎo)電材料及其制備方法和用途專利。該方法制 備的石墨烯構(gòu)建了鋰電池，與乙炔黑相比負(fù)極材料的比容量提高25?40%，庫倫效率提高 10?15%。在實際的使用過程中，由于納米材料都存在的團(tuán)聚問題，就需要解決好石墨烯 的分散問題。另外由于超高的比表面積，還需要解決石墨烯應(yīng)用過程中的加工性能問題。現(xiàn) 有技術(shù)還沒有很好的解決這樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明一方面提供一種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料， 該具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料提高了電極材料的倍率和高低溫電化學(xué)性能，同時改善 了吸液性和分散性。
[0006] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料，由石墨烯、分散劑、穩(wěn)定劑、鋰電池電極用 材料和溶劑制備而成；
[0008] 所述石墨烯和鋰電池電極用材料質(zhì)量之和為總質(zhì)量的30?50% ;
[0009] 所述鋰電池電極用材料與石墨烯質(zhì)量比為100 :0. 5?5 ;
[0010] 所述石墨烯、分散劑和穩(wěn)定劑質(zhì)量比1?5:0?0. 5:0?0. 5。
[0011] 本發(fā)明另一方面提供一種制備上述具有良好導(dǎo)電性鋰電池材料的方法，該方法在 制備過程中無需另外添加導(dǎo)電劑，提高了具有良好導(dǎo)電性鋰電池材料的吸液性能，進(jìn)而改 善了鋰電池的加工工藝。
[0012] 一種制備上述具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料的方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0013] (1)將石墨烯、分散劑、穩(wěn)定劑和溶劑按質(zhì)量比1?5:0?0? 5:0?0? 5 :94?99 進(jìn)行預(yù)分散處理，得到石墨烯溶液；
[0014] (2)將所述石墨稀溶液進(jìn)打商壓均質(zhì)處理，加入與石墨稀質(zhì)量比為100 :0? 5?5 的鋰電池用電極材料，加入溶劑，制得固含量為30?50%的混合液，將所述混合液進(jìn)行均 質(zhì)和干燥處理，得到原始電極材料；
[0015] (3)將所述原始電極材料于保護(hù)氣氛下，進(jìn)行熱處理，粉粹過篩，制得具有良好導(dǎo) 電性鋰電池電極材料。
[0016] 其中，均質(zhì)處理為高速攪拌或高壓均質(zhì)處理。
[0017] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述石墨烯中90%以上的石墨片層在10層以下。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（1)中預(yù)分散處理為球磨、攪拌或混煉。
[0019] 優(yōu)選地，步驟（2)中所述鋰電池用電極材料選自天然石墨、人造石墨、磷酸鐵鋰、 鈷酸鋰、尖晶石錳酸鋰、富鋰錳氧材料、磷酸錳鋰、鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元材料中一種或至少 兩種的混合物，優(yōu)選所述鋰電池用電極材料選自鈦酸鋰和/或磷酸鐵鋰，所述溶劑選自水 和/或乙醇。
[0020] 優(yōu)選地，步驟（1)的具體步驟為：將石墨烯、分散劑、穩(wěn)定劑和溶劑按質(zhì)量比1? 5:0?0.5:0?0.5:94?99進(jìn)行預(yù)分散處理1?12h，得到石墨烯溶液。
[0021]優(yōu)選地，步驟（2)的具體步驟為：將所述石墨烯溶液在50?500Mpa壓力下進(jìn)行均 質(zhì)處理1?4次，加入與石墨烯質(zhì)量比為100 :0. 5?5的鋰電池用電極材料，加入溶劑，制 得固含量為30?50%的混合液，將所述混合液在2000?8000rpm轉(zhuǎn)速下攪拌1?6h，或 在50?500Mpa壓力下進(jìn)行均質(zhì)處理1?2次，然后再干燥處理，得到原始電極材料。
[0022] 優(yōu)選地，步驟（3)的具體步驟為：將所述原始電極材料于保護(hù)氣氛下，在200? 500°C下熱處理1?10h，粉粹過篩，制得一種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：一種具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材 料，由石墨烯、分散劑、穩(wěn)定劑、鋰電池電極用材料和溶劑制備而成，所述石墨烯、分散劑、穩(wěn) 定劑和鋰電池電極用材料質(zhì)量之和為總質(zhì)量的30?50%，余量為溶劑，鋰電池電極用材料 與石墨烯質(zhì)量比為100 :〇. 5?5,石墨烯、分散劑和穩(wěn)定劑質(zhì)量比1?5:0?0.5:0?0.5。 本發(fā)明的具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料中引入石墨烯，提高了導(dǎo)電性與倍率性能；同時 沒有添加導(dǎo)電劑，提高了具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料的吸液性能，改善了鋰電池的加 工工藝，為制備高性能電池提供了保障。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料的SEM圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026] 實施例1 :本實施例的具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料，按質(zhì)量份計，由以下原料 制備而成：
[0027] 鈦酸鋰 100份； 石墨烯 1份； 分散劑 0.1份； 穩(wěn)定劑 0.1份； 水 200份。
[0028] 本實施例的具有良好導(dǎo)電性鋰電池電極材料制備方法如下：
[0029] 按質(zhì)量份計，將石墨烯1份、分散劑0. 1份、穩(wěn)定劑0. 1份和溶劑98. 8份按進(jìn)行預(yù) 分散處理lh，得到石墨烯溶液，將所述石墨烯溶液在lOOMpa壓力下進(jìn)行均質(zhì)處理1次，加入 100份鈦酸鋰和溶劑101. 2份，得到固含量