一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池制造技术

本发明专利技术提供一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液，所述正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和DBP；所述负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。本发明专利技术耐低温锂离子动力电池，‑40℃的超低温条件下，仍具有良好的放电性能，能满足绝大部分低温地区对动力锂离子电池的要求。

A Lithium Ion Power Battery Based on Graphene and Superconducting Carbon Fiber

The invention provides an ultra-low temperature lithium ion power battery based on graphene and superconducting carbon fibers, which comprises a shell, a positive plate, a negative plate, a diaphragm and a cryogenic electrolyte. The positive plate comprises a positive collector, a positive active material, a positive conductor, a positive binder and DBP; the negative plate comprises a negative collector fluid. Negative active substance, negative conductive agent and negative binder. The low-temperature lithium-ion power battery of the invention has good discharge performance under the ultra-low temperature condition of 40 C, and can meet the requirements of power lithium-ion batteries in most low-temperature areas.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池
本专利技术涉及锂离子动力电池，具体涉及一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池及其制备方法，属于锂离子电池

技术介绍
近几年，随着锂离子动力电池的发展日益成熟，其使用范围越来越广泛，而电池的使用环境相对复杂多变，因此对锂离子动力电池的性能要求也越高。在冬季相对温度较低的环境下，特别是在-40℃甚至更低的温度下，传统技术的锂离子动力电池不能够正常工作。现有的锂离子动力电池在低温下工作，即电池在低温环境下充放电，电池的内阻加大，放电电压平台降低，可充放容量减少，电池的充放电效率明显降低，且对电池本身有一定的损害。超低温环境下，锂离子电池充放电性能下降的主要原因在于锂离子在超低温条件下的传输速率降低，因此，要解决现有技术的锂离子电池超低温条件下工作效率低、充放电容量减小的问题，关键技术为解决锂离子超低温条件下传输速率低的问题。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提供一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池及其制备方法，实现以下专利技术目的：使锂离子动力电池能在超低温（-40℃）环境下正常充放电使用并保证良好的使用寿命。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液。正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和DBP。所述的正极集流体为涂覆有石墨烯和超导碳纤维混合物的铝箔，混合物的涂覆厚度为2-5μm。所述正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、DBP的混合物涂覆于所述正极集流体上，涂覆密度150-180g/cm2；所述涂覆后得到的极片经过丙酮萃取去除DBP后得到正极片；所述的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、DBP的质量比为（90-94）：（3-6）：（2-4）：（2-4）。正极导电剂为超导碳纤维和导电碳黑的混合物；超导碳纤维和导电碳黑的质量比为（60-90）：（10-40）。负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。所述的负极集流体为铜箔。负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂的混合物涂覆于负极集流体上，涂覆密度60-90g/cm2；所述的负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂的比例为（91-95）：（2-5）：（2-5）；所述的负极活性物质为人造石墨和天然石墨的一种或其混合物。电池结构采用叠片结构，将正极片、负极片、隔膜依次按照负极片间隔隔膜包覆正极片的顺序叠片组装成锂离子电池。电解液采用超低温型电解液。作为优选，正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、DBP的质量比为92：4：2：2，涂覆密度为180g/cm2；负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂的质量比为95：2.5：2.5，涂覆密度为85g/cm2；超导碳纤维、导电碳黑的质量比为3:1。本专利技术的有益效果：1、本专利技术耐低温锂离子动力电池，-40℃的恒温箱放置中24h，容量保持率仍可达到90%以上；也就是说，-40℃的超低温条件下，仍具有良好的放电性能，能满足绝大部分低温地区对动力锂离子电池的要求。2、本专利技术超低温锂离子动力电池在超低温（-40℃）下充放电循环950次，容量保持在94%，具有良好的循环性能，远远超过国家及行业标准。附图说明附图1为实施例1超低温锂离子动力电池在-40℃的条件下以0.3C充放电循环曲线。具体实施方式下面将结合具体的实施例对本专利技术及其有益效果作进一步详细说明，但本专利技术的具体实施方式不限于此。实施例1一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池所述的锂离子动力电池：包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液。电池结构采用叠片结构，其正极片、负极片、隔膜依次按照负极片间隔隔膜包覆正极片的顺序叠片组装而成。（一）正极片正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和DBP(邻苯二甲酸二丁酯)。所述的正极集流体为涂覆有石墨烯和超导碳纤维混合物的铝箔，涂覆物厚度为2μm；所述的石墨烯和超导碳纤维质量比为1：1。所述的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述的正极导电剂为超导碳纤维和导电碳黑的混合物，超导碳纤维和导电碳黑的比例为3：1。所述正极粘结剂为PVDF，即聚偏氟乙烯。所述的正极片制备：步骤1、制备正极集流体将石墨烯和超导碳纤维按照1：1的比例混合涂覆到铝箔上，涂覆厚度为2μm，得到正极集流体，备用。步骤2、涂覆导电浆料将镍钴锰酸锂、超导碳纤维、导电碳黑、聚偏氟乙烯、DBP按质量比92:3:1:2:2的比例混合成浆料；将所得浆料均匀涂覆到正极集流体两面，涂覆面密度为180g/cm2。步骤3、辊压将涂覆好的正极片经辊压机按照3.6g/cm3的压实密度辊压。步骤4、模切将辊压好的正极片经过模切机刀模模切成为尺寸完全一致的正极片。步骤5、萃取将模切完成的正极片称重计算料重，放到纯度为99.9%的丙酮中常温浸泡24小时，再将浸泡完成的极片放入到温度为120℃的烘箱中烘烤24小时，烘烤后料重小于模切后料重的98.8%为合格，制成正极片。（二）负极片所述的负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。所述的负极集流体为铜箔；所述负极活性物质为人造石墨；所述负极导电剂为导电碳黑；所述负极粘结剂为CMC与SBR的混合物，质量比为3:5。所述的负极片制备：将人造石墨、导电碳黑、CMC、SBR按质量比95:1:1.5:2.5的比例混合成浆料；将所得浆料均匀涂覆到负极集流体两面，涂覆面密度为85g/cm2，将涂覆好的负极集流体经过辊压、模切后制成负极片。所述的辊压：将涂覆好的负极片经辊压机按照1.55g/cm3的压实密度辊压。所述的模切：将辊压好的负极片经过模切机刀模模切成为尺寸完全一致的负极片。负极片单片称重分档，要求与工艺标准值误差为±0.2g。（三）锂离子电池制备方法步骤1、制备锂离子电池电芯将正极片、负极片以及隔膜依次按照负极片间隔隔膜包覆正极片的顺序叠片成锂离子电池电芯；所述的隔膜使用无纺布隔膜，厚度为16μm，孔隙率大于53%。先将负极片封装到无纺布隔膜中形成隔膜袋，然后按照封装负极…正极…封装负极的顺序叠片。步骤2、注入低温电解液将电芯装配到外壳中，注入低温电解液，经化成、分容后完成锂离子电池制作。所述低温电解液的注液量为4g/Ah。所述的化成的具体工艺为：1、恒流充电，充电电流1C，时间10s。2、恒流充电，充电电流0.02C，时间30min。3、恒流充电，充电电流0.05C，时间60min。4、恒流充电，充电电流0.1C，时间60min。5、恒流恒压充电，充电电流0.2C，截止电流0.02C，上限电压4.25V，时间300min。所述的分容的具体工艺为：1、恒流恒压充电，充电电流1C，截止电流0.02C，上限电压4.25V，时间60min。2、恒流放电，放电电流2C，下限电压3V，时间60min。3、循环，起始1，终止2。4、恒流恒压充电，充电电流1C，截止电流0.02C，上限电压4.25V，时间120min。实施例2一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池所述的锂离子动力电池：包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液。电池结构采用叠片结构，其正极片、负极片、隔膜依次按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液，其特征在于：所述正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和DBP；所述负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜以及低温电解液，其特征在于：所述正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和DBP；所述负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂。2.根据权利要求1所述一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，其特征在于：所述正极集流体为涂覆有石墨烯和超导碳纤维混合物的铝箔，混合物的涂覆厚度为2-5μm；超导碳纤维和导电碳黑的质量比为（60-90）：（10-40）。3.根据权利要求1所述一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，其特征在于：所述正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、DBP的质量比为（90-94）：（3-6）：（2-4）：（2-4）。4.根据权利要求1所述一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，其特征在于：所述正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、DBP混合得到的混合物，涂覆于所述正极集流体上，涂覆密度为150-180g/cm2。5.根据权利要求1所述一种基于石墨烯和超导碳纤维的超低温锂离子动力电池，其特征在于：所述的负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂的比例为（9...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊成，朱德金，李兆龙，刘子敬，满玉杰，韩勇，庞鹏，张学花，刘化凤，
申请(专利权)人：山东同大新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37