使用石墨烯的电池负极、正极及动力电池制造技术

本发明专利技术提出了使用石墨烯的动力电池正极、负极和动力电池。采用石墨烯作为电极的导电材料，可以大大提升动力电池大电流放电性能。无论是单独添加到正极、负极，还是同时添加到正极和负极，都能够获得很好的大电流放电性能。

【技术实现步骤摘要】
使用石墨烯的电池负极、正极及动力电池
本专利技术涉及锂离子动力电池负极、正极及锂离子动力电池。
技术介绍
动力锂电池，是以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池的一种。锂电池具有能量密度高、容量大、无记忆性等优点，得到各汽车厂商和电池生产厂商的一致认可，目前各国研发的重点正是锂离子电池。根据正极材料不同，锂电池主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂四种。相比较而言，钴酸锂最大的问题是安全性差(150度高温时易爆炸)、成本高、循环寿命短；锰酸锂安全性比钴酸锂好很多，但高温环境的循环寿命更差(500次)。磷酸铁锂因为高放电功率、成本低(约18~30万元/吨)、可快速充电且循环寿命长(1000次以上)，在高温高热环境下的稳定性高(300度高温以上才有安全隐患)，具有很好的安全性能，因而是目前最理想的动力汽车用锂电正极材料。目前，我国车企推出的纯电动车车型中，动力电池均为锂电池，奇瑞、比亚迪使用的均是磷酸铁锂。磷酸铁锂是引发锂电革命行业的一种新兴材料，是锂电池行业发展的最前沿。磷酸铁锂电池由于其自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。磷酸铁锂是一种新型锂离子电池电极材料。目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产，国外美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。其特点是放电容量大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染。世界各国正竞相实现产业化生产。锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。三元正极材料电池虽然安全性能不如磷酸铁锂，但其能量密度高，在动力电池上的应用也有很大比例。随着三元材料能量密度的进一步提升，电池安全技术的进步，三元材料有望在动力电池领域获得更大的应用。动力电池要求电极具有很高的导电性，目前一般在电极材料中添加导电剂来提高导电性。目前主要的导电添加剂是炭黑，近年来也有添加碳纳米管的。炭黑的导电效果一般，纳米管的导电效果虽然比炭黑好，但成本高。石墨烯（Graphene）是是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成，碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构薄膜。其厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，被认为是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。其导热性和导电性远高于我们所熟知的金属铜，而且呈薄片状，有利于在电极内形成良好的导电网络。因而石墨烯应该是理想的电极导电材料。本专利技术提出了一种与现行技术方案不同、采用石墨烯做动力电池正负极的导电剂的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是：全部或部分使用石墨烯粉末作为动力电池正极和（或）负极的导电剂，在电极内形成优良的导电网络。在部分使用石墨烯作为导电剂的场合，常常是将石墨烯和目前普遍使用的炭黑搭配使用。本专利技术的技术方案中，在电极中添加的石墨烯的物理形态为可在正（负）极浆料体系中易于分散的粉末。本专利技术的技术方案中，石墨烯的添加量范围为电极材料（除去集流体）的0.5-4%，较好的添加量范围为1.5-2.5%，优选的范围是1.8-2.2%。本专利技术的技术方案中，由于采用石墨烯作为电极的导电剂，使得电池的电化学性能得到很好的改善。【具体实施方式】下面举例说明本专利技术的实施方式。实施例一以人造石墨作为负极活性物质，石墨烯作为负极导电剂，按下列配比（固含量计）：石墨90.88%、CMC2.14、SBR4.88、石墨烯2.1，并用150份左右的去离子水，按通常的负极配料程序配菜负极浆料，在10μ的铜箔集流体上按130g/㎡的面密度均匀涂布、烘干，然后模切成252×202mm（有效区域）的极片，极耳尺寸30×80mm.将24片这样的负极与23片相应尺寸、容量匹配的磷酸铁锂正极采用叠片的方式，制作成电池，隔膜采用涂覆陶瓷的隔膜，电池采用铝塑膜的软包装结构。经封口、烘烤、注液、封口、化成、二次成型、分容等常规程序，制作成标称容量为40AH的磷酸铁锂动力电池。该电池实际容量（1C）为40.3AH.用200A电流放电，截止电压2.0V，放电容量达34.3AH.具有优异的动力性能。实施例二导电剂由全部石墨烯改为石墨烯和炭黑组合使用，具体配比（按固含量计）：石墨90.88%、CMC2.14、SBR4.88、石墨烯0.9、炭黑1.2，其余同实施例一。制作的40AH动力电池在200A放电时，放电容量达31.2AH，也显示较好的倍率性能。实施例三以磷酸铁锂为正极活性物质，石墨烯作为正极导电剂，按下列配比（按固含量计）：磷酸铁锂92.5、石墨烯2.0、PVdF5.5,并用130份NMP按正极通常的方法配制成浆料，在30μ的铝箔上按280g/㎡的面密度均匀涂布、烘干，然后模切成250×200mm（有效区域）的极片，极耳尺寸30×80mm.将23片这样的正极与24片相应尺寸、容量匹配的人造石墨负极采用叠片的方式，制作成电池，隔膜采用涂覆陶瓷的隔膜，电池采用铝塑膜的软包装结构。经封口、烘烤、注液、封口、化成、二次成型、分容等常规程序，制作成标称容量为40AH的磷酸铁锂动力电池。该电池实际容量40.5AH.用200A电流放电，截止电压2.0V，放电容量34.7AH，显示很好的动力性能。实施例四导电剂由全部石墨烯改为石墨烯和炭黑组合使用，具体配比（按固含量计）：磷酸铁锂92.5、石墨烯1.0、炭黑1.0、PVdF5.5，其余同实施例三。制造的电池在200A放电时的容量为31.7AH，具有很好的倍率性能。实施例五以磷酸铁锂为正极活性物质，石墨烯作为正极导电剂，按下列配比（按固含量计）：磷酸铁锂92.5、石墨烯2.0、PVdF5.5,并用130份NMP按正极通常的方法配制成浆料，在30μ的铝箔上按280g/㎡的面密度均匀涂布、烘干，然后模切成250×200mm（有效区域）的极片，极耳尺寸30×80mm.将23片这样的正极与24片相应尺寸、容量匹配的人造石墨负极（同实施例一）采用叠片的方式，制作成电池，隔膜采用涂覆陶瓷的隔膜，电池采用铝塑膜的软包装结构。经封口、烘烤、注液、封口、化成、二次成型、分容等常规程序，制作成标称容量为40AH的磷酸铁锂动力电池。该电池实际1C容量为40.6AH，200A电流放电容量达36.5AH，显示优异的倍率性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用石墨烯的电池负极，主要由铜箔集流体、活性电极材料、粘接剂和导电剂组成，其特征是：所述的导电剂为石墨烯，也可以是石墨烯和其它导电剂的组合。

【技术特征摘要】
1.一种使用石墨烯的电池负极，主要由铜箔集流体、活性电极材料、粘接剂和导电剂组成，其特征是：所述的导电剂为石墨烯，也可以是石墨烯和其它导电剂的组合。2.如权利要求1所述的负极，其特征是：所述的石墨烯的物理形态为可在负极浆料体系中易于分散的粉末。3.如权利要求1所述的负极，其特征是：所述的石墨烯在负极（除去集流体铜箔）中的含量为0.5-4%。4.如权利要求1和3所述的负极，其特征是：所述的石墨烯在负极（除去集流体铜箔）中的含量为1.5—2.5%，较佳的是1.8-2.2%。5.一种使用石墨烯的电池正极，主要由铝箔集流体、活性电极材料、粘接剂和导电剂组成，其特征是：所述的导电剂为石墨烯，也可以是石墨烯和其...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢流洋，叶青，柯国平，叶超，王建立，雷如清，
申请(专利权)人：深圳市宇泓时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44