一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂及其制备方法，所述纳米石墨导电剂是由以质量百分数计的纳米石墨粒子：22-40％、解胶剂：0.2-0.8％、分散剂：0.2-0.6％、保护剂：0.1-0.8％、润湿剂：0.1-0.5％、去离子水：余量；经过制备纳米石墨粒子、制备纳米石墨导电剂等步骤，制备而成。本发明专利技术所述的磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，能提高磷酸亚铁锂的导电性能以及其克容量；加速充电效率，降低直流内阻，改善锂离子电池的电化学性能，降低制造成本。本发明专利技术所述的制备方法能耗小、效率高、铁屑极少，可以达到无害排放。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂及其制备方法。
技术介绍
自1997年A.K.Padni等首次报道磷酸亚铁锂可被用于锂离子电池正极材料以来，引起广泛的关注和大量的研究。橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)具有170mAh/g的理论比容量和和3.5V左右的对锂充放电电压平台，而且充放电曲线非常平坦，与传统的LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等正极材料相比，LiFePO4作为正极材料具有热稳定性好，循环性能优良，安全性高等突出优点，从资源上看，制备LiFePO4的原料资源丰富、价格低廉、对环境友好，因此LiFePO4成为当今动力、储能锂离子电池的理想的正极材料。但是LiFePO4主要缺点是它的室温电导率低，锂离子扩散速率慢，和较低的振实密度，导致大电流放电时容量衰减大、体积能量密度小。可以通过碳掺杂或包覆合成LiFePO4/C，以及取代、纳米化等改性方法来克服这些缺点。目前，国内外在合成LiFePO4技术上的方法很多，但真正产业化的主要有高温固相法，碳热还原法和水热合成法。由于碳热还原法在加工过程中不必考虑原料的氧化，实现了一步还原，减少了出气量，有利于产率的提高。同时合成工艺简单、过程易于控制，因此现在越来越多的企业开始采用碳热还原法合成LiFePO4。碳热还原法合成LiFePO4是采用三价铁(如Fe2O3或者FePO4)作为铁源，反应物中混合过量的碳(如淀粉、葡萄糖等)，再加上锂源(如LiCO3、LiH2PO4)，在高温下利用碳的还原作用，将原料中的Fe3+还原为Fe2+，并与Li+和PO43-结合形成LiFePO4，多余的碳分散包覆于晶体颗粒上，增强了颗粒间导电性，生产出LiFePO4/C复合材料。在合成过程中所用碳源为葡萄糖等有机碳，需要一个高温热解的过程产生热解碳，来还原Fe3+和实现碳包覆，在LiFePO4合成过程中，若煅烧温度过低，会导致LiFePO4/C结晶不完全。若煅烧温度过高会导致LiFePO4/C晶粒过大，使锂离子的扩散路径增大，从而导致材料的电化学性能下降，而且热解碳的导电性也远不如天然石墨。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，提高磷酸亚铁锂的导电性能以及其克容量；加速充电效率，降低了直流内阻，改善锂离子电池的电化学性能，降低制造成本。为实现上述目的本专利技术所采用的技术方案如下：一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其是由以质量百分数计的以下组分制备而成：纳米石墨粒子：22-40％、解胶剂：0.2-0.8％、分散剂：0.2-0.6％、保护剂：0.1-0.8％、润湿剂：0.1-0.5％、去离子水：余量。进一步的，作为优选的方案所述纳米石墨粒子的质量百分数为25-35％。具体地，上述方案中，所述纳米石墨粒子通过以质量百分数计的以下组分制备而成：天然鳞片石墨25-35％、分散剂0.1-1.0％、解胶剂0.5-1％、去离子水余量。具体地，上述方案中所述纳米石墨粒子的制备方法如下：1)研磨料配制：将天然鳞片石墨、分散剂、解胶剂、去离子水混合均匀成研磨料；2)粉碎：上述研磨料用棒钉式高速双维研磨机研磨，用水稀释成质量浓度为5％以下的石墨浆料；3)分级：上述石墨浆料分别经过卧螺分级机、立式蝶片机分级得到小于1μm的石墨粒子；4)化学纯化处理：在上述分级后的石墨粒子中加入磷酸或草酸纯化并凝析，并调节pH为2.3-2.8，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；5)洗涤过滤：上述纳米石墨滤饼经压滤机压滤后，得到平均粒径小于100nm的纳米石墨粒子。具体地，所述分散剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、木质素中的一种或两种以上混合；所述解胶剂为氨水或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或两种混合；所述保护剂为阿拉伯胶、桃胶、明胶、海藻胶、黄原胶、果胶、卡拉胶中的一种或两种以上混合；所述润湿剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚。本专利技术的另一目的在于提供一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂的制备方法，该制备方法能耗小、效率高、铁屑极少，可以达到无害排放。为实现上述目的，本专利技术具体方案如下。一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备纳米石墨粒子：研磨料配制：将天然鳞片石墨、分散剂、解胶剂、去离子水混合均匀成研磨料；粉碎：上述研磨料用棒钉式双维研磨机研磨，用水稀释成质量浓度为5％以下的石墨浆料；分级：上述石墨浆料分别经卧螺离心分级机、立式蝶片分离机分级得到小于1μm的石墨粒子；化学纯化处理：在上述分级后的石墨粒子中加入磷酸或草酸纯化并凝析，并调节pH为2.3-2.8，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；洗涤过滤：上述纳米石墨滤饼经压滤机压滤后，得到平均粒径小于100nm的纳米石墨粒子；2)制备纳米石墨导电剂：将上述纳米石墨粒子与分散剂、解胶剂、保护剂、润湿剂、去离子水混合搅拌均匀后，转入到砂磨机中分散研磨5-10遍，过500目筛，即成。具体地，上述制备方法中的步骤1)所述的天然鳞片石墨、分散剂、解胶剂、去离子水的质量分数分别为：天然鳞片石墨25-35％、分散剂0.1-1.0％、解胶剂0.5-1％、去离子水余量。具体地，上述步骤2)中，所述砂磨机为盘式砂磨机，该盘式砂磨机中的研磨介质为氧化锆球。具体地，上述所述氧化锆球的直径为1.2-1.8mm。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的磷酸亚铁锂电池用的纳米石墨导电剂采用天然鳞片石墨为原料，通过石墨粉碎至纳米级，增大了石墨粒子的比表面积大，并对石墨形貌进行修饰，更有利于在LiFePO4晶体合成过程中容易包覆在颗粒表面，形成了LiFePO4晶体自里至外的导电通道，从而提高了磷酸亚铁锂的导电性和电池的整体性能；2.本专利技术所述的制备方法是利用棒钉式高速双维研磨机，能耗小、效率高、铁屑极少，加入少量磷酸或草酸，即可将铁处理干净，废水只需加少量石灰即中和无害排放。下面结合具体的实施方式对本专利技术作进一步详细说明。具体实施方式一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其是由以质量百分数计的以下组分制备而成：纳米石墨粒子：22-40％、解胶剂：0.2-0.8％、分散剂：0.2-0.6％、保护剂：0.1-0.8％、润湿剂：0.1-0.5％、去离子水：余量。进一步的，作为优选的方案所述纳米石墨粒子的质量百分数为25-35％。较佳的所述纳米石墨粒子的质量百分数为30-35％。具体地，上述方案中，所述纳米石墨粒子通过以质量百分数计的以下组分制备而成：天然鳞片石墨25-35％、分散剂0.1-1.0％、解胶剂0.5-1％、去离子水余量。具体地，所述纳米石墨粒子的制备方法如下：1)研磨料配制：将天然鳞片石墨、分散剂、解胶剂、去离子水混合均匀成研磨料；2)粉碎：上述研磨料用棒钉式双维研磨机研磨，用水稀释成质量浓度为5％以下的石墨浆料；3)分级：上述石墨浆料分别经过卧螺分级机、立式蝶片机分级得到小于1μm的石墨粒子；4)化学纯化处理：在上述分级后的石墨粒子中加入盐酸纯化并凝析，并调节pH为2.3-2.8，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；5)洗涤过滤：上述纳米石墨滤饼经压滤机压滤后，得到平均粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其特征在于，其是由以质量百分数计的以下组分制备而成：纳米石墨粒子：22‑40％、解胶剂：0.2‑0.8％、分散剂：0.2‑0.6％、保护剂：0.1‑0.8％、润湿剂：0.1‑0.5％、去离子水：余量。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其特征在于，其是由以质量百分数计的以下组分制备而成：纳米石墨粒子：22-40％、解胶剂：0.2-0.8％、分散剂：0.2-0.6％、保护剂：0.1-0.8％、润湿剂：0.1-0.5％、去离子水：余量；所述分散剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、木质素中的一种或两种以上混合；所述解胶剂为氨水或2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或两种混合；所述保护剂为阿拉伯胶、桃胶、明胶、海藻胶、黄原胶、果胶、卡拉胶中的一种或两种以上混合；所述润湿剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚；所述纳米石墨粒子的平均粒径小于100nm。2.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其特征在于，所述纳米石墨粒子的质量百分数为25-35％。3.根据权利要求1所述的磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其特征在于，所述纳米石墨粒子通过以质量百分数计的以下组分制备而成：天然鳞片石墨25-35％、分散剂0.1-1.0％、解胶剂0.5-1％、去离子水余量。4.根据权利要求3所述的磷酸亚铁锂电池用纳米石墨导电剂，其特征在于，所述纳米石墨粒子的制备方法如下：1)研磨料配制：将天然鳞片石墨、分散剂、解胶剂、去离子水混合均匀成研磨料；2)粉碎：上述研磨料用棒钉式双维研磨机研磨，用水稀释成质量浓度为5％以下的石墨浆料；3)分级：上述石墨浆料分别经过卧螺分级机、立式蝶片机分级得到小于1μm的石墨粒子；4)化学纯化处理：在上述分级后的石墨粒子中加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪玉信，张树鸿，孙成华，
申请(专利权)人：广东东莞市天润电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44