一种提高锂离子电池循环性能的添加剂制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种提高锂离子电池循环性能的添加剂。一种提高锂离子电池循环性能的添加剂为磷烯‑石墨烯混合材料，通过其添加到正极活性材料中，来提高锂离子电池的循环稳定性；磷烯‑石墨烯混合材料是通过磷烯和石墨烯在N‑甲基‑2‑吡咯烷酮中进行自组装后得到。有益效果：本发明专利技术采用磷烯‑石墨烯混合材料添加在正极活性材料中，来提高Li

An Additive for Improving the Cycling Performance of Lithium Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种提高锂离子电池循环性能的添加剂
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种提高锂离子电池循环性能的添加剂。
技术介绍
锂离子电池具有比容量大、放电电压高而平稳、低温性能好、环境友好、安全、寿命长等优点。锂离子电池主要有正极、负极、电解液和隔膜组成，正极材料多为过渡金属嵌锂化合物，如层状结构的LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-x-yMnyO2(0≤x，y≤1，x+y≤1)。锂离子电池正极材料是决定电池性能的主要因素之一，相对锂离子电池负极材料，正极材料的研究进展较为滞后，成为制约锂离子电池性能提高的瓶颈。石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体，是一种单层或多层极薄的石墨材料，具有极大的理论表面积(2600m2/g)、材料本身的电子迁移率高(15000cm2/(V·S))、化学稳定性好以及力学性能优异，因而具有较高的储锂能力。目前石墨烯用于锂离子电池正负极材料的修饰研究也有较多报道，但是，在充放电过程中石墨烯材料的容量也会发生衰减，其循环稳定性能较差，主要是因为石墨烯材料在嵌锂过程中体积膨胀造成的，还有一部分原因是石墨烯的氧化还原电位不够高，锂离子的迁移速率有待进一步提高。
技术实现思路
为了解决现有技术中锂离子电池的循环稳定性较差的问题，本专利技术在于提供一种提高锂离子电池循环稳定能的添加剂。通过将磷烯-石墨烯混合材料添加到电池正极活性材料中，来改善锂离子电池的循环稳定性能。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，所述添加剂为磷烯-石墨烯混合材料，所述添加剂添加在正极活性材料中，添加剂与正极活性材料的质量比为1-2:10。优选地，所述磷烯-石墨烯混合材料中磷烯和石墨烯的质量比为15-20:1-5。优选地，所述正极活性材料为镍酸锂、锰酸锂或磷酸铁锂。优选地，所述磷烯-石墨烯混合材料时通过磷烯和石墨烯在N-甲基-2-吡咯烷酮中进行自组装后得到，具体步骤如下：(1)将磷烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理，得到磷烯溶液；(2)将石墨烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理，得到石墨烯溶液；(3)将步骤(1)中的磷烯溶液和步骤(2)中的石墨烯溶液混合后，进行搅拌均匀，得到混合溶液；(4)将上述混合溶液放入氩气套箱内进行蒸发扩散，使得磷烯和石墨烯形成自组装通道，然后清洗出去多余N-甲基-2-吡咯烷酮，干燥，得到磷烯-石墨烯混合材料。优选地，步骤(1)中所述超声的频率为60-80Hz，超声的时间为8-12h。优选地，步骤(2)中所述超声的频率为40-50Hz，超声的时间为0.5-2h。优选地，所述磷烯溶液和石墨烯溶液的浓度为0.05-0.5mg/mL。优选地，步骤(3)中磷烯溶液和石墨烯溶液混合时的体积比为1:1。优选地，所述氩气套箱中的温度为20-30℃。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用磷烯-石墨烯混合材料添加在正极活性材料中，其中磷烯中的P和锂离子电池中的Li之间具有较强的键，Li在磷烯Z方向的扩散能量阻碍较小，使得磷烯材料具有较高的Li+的扩散速率，增强锂离子电池的循环稳定性能。(2)本专利技术采用磷烯和石墨烯形成自组装通道，使得磷烯和石墨烯之间形成很强的C-P键，相较于单独使用磷烯或单独使用石墨烯修饰正极活性材料，避免了磷材料或石墨烯材料在嵌锂过程中体积膨胀导致的循环稳定性较差的缺陷，这种自组装形成的C-P键显著的改善了材料的循环稳定。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步的解释说明。实施例1磷烯-石墨烯混合材料的制备：(1)将磷烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为60Hz，时间为12h)，得到浓度为0.2mg/mL的磷烯溶液；(2)将石墨烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为40Hz，时间为1h)，得到浓度为0.1mg/mL的石墨烯溶液；(3)将步骤(1)中的磷烯溶液和步骤(2)中的石墨烯溶液按照体积比1:1混合后，进行搅拌均匀，得到混合溶液；(4)将上述混合溶液放入25℃氩气套箱内进行蒸发扩散，使得磷烯和石墨烯形成自组装通道，然后清洗出去多余N-甲基-2-吡咯烷酮，干燥，得到磷烯-石墨烯混合材料。锂离子电池的制备：将正极活性材料镍酸锂、丁基橡胶与磷烯-石墨烯混合材料按质量比为10:1.5:1进行混合，加入N-甲基-2-吡咯烷酮混合均匀，然后均匀地涂抹在铜箔上，并放入真空干燥箱于80℃下干燥，得到锂离子电池的正极。使用聚乙烯膜作为锂离子电池的隔膜，电解液为1mol/L的六氟磷酸锂，锂离子电池的负极为金属锂片，在真空手套箱中，将正极、负极、电解液和隔膜按照电池制作工艺组装成锂离子电池。实施例2磷烯-石墨烯混合材料的制备：(1)将磷烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为70Hz，时间为10h)，得到浓度为0.1mg/mL的磷烯溶液；(2)将石墨烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为50Hz，时间为0.5h)，得到浓度为0.2mg/mL的石墨烯溶液；(3)将步骤(1)中的磷烯溶液和步骤(2)中的石墨烯溶液按照体积比1:1混合后，进行搅拌均匀，得到混合溶液；(4)将上述混合溶液放入20℃氩气套箱内进行蒸发扩散，使得磷烯和石墨烯形成自组装通道，然后清洗出去多余N-甲基-2-吡咯烷酮，干燥，得到磷烯-石墨烯混合材料。锂离子电池的制备：将正极活性材料镍酸锂、丁基橡胶与磷烯-石墨烯混合材料按质量比为10:1.5:1.5进行混合，加入N-甲基-2-吡咯烷酮混合均匀，然后均匀地涂抹在铜箔上，并放入真空干燥箱于80℃下干燥，得到锂离子电池的正极。使用聚乙烯膜作为锂离子电池的隔膜，电解液为1mol/L的六氟磷酸锂，锂离子电池的负极为金属锂片，在真空手套箱中，将正极、负极、电解液和隔膜按照电池制作工艺组装成锂离子电池。实施例3磷烯-石墨烯混合材料的制备：(1)将磷烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为80Hz，时间为8h)，得到浓度为0.5mg/mL的磷烯溶液；(2)将石墨烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理(频率为40Hz，时间为0.5h)，得到浓度为0.5mg/mL的石墨烯溶液；(3)将步骤(1)中的磷烯溶液和步骤(2)中的石墨烯溶液按照体积比1:1混合后，进行搅拌均匀，得到混合溶液；(4)将上述混合溶液放入30℃氩气套箱内进行蒸发扩散，使得磷烯和石墨烯形成自组装通道，然后清洗出去多余N-甲基-2-吡咯烷酮，干燥，得到磷烯-石墨烯混合材料。锂离子电池的制备：将正极活性材料镍酸锂、丁基橡胶与磷烯-石墨烯混合材料按质量比为10:1.5:2进行混合，加入N-甲基-2-吡咯烷酮混合均匀，然后均匀地涂抹在铜箔上，并放入真空干燥箱于80℃下干燥，得到锂离子电池的正极。使用聚乙烯膜作为锂离子电池的隔膜，电解液为1mol/L的六氟磷酸锂，锂离子电池的负极为金属锂片，在真空手套箱中，将正极、负极、电解液和隔膜按照电池制作工艺组装成锂离子电池。对比例1将实施例1中的“磷烯-石墨烯混合材料的制备”过程省略，然后将“锂离子电池的制备”过程中的“磷烯-石墨烯混合材料”替换成“磷烯”，其他均同实施例1。对比例2将实施例1中的“磷烯-石墨烯混合材料的制备”过程省略，然后将“锂离子电池的制备”过程中的“磷烯-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，其特征在于，所述添加剂为磷烯‑石墨烯混合材料，所述添加剂添加在正极活性材料中，添加剂与正极活性材料的质量比为1‑2:10。

【技术特征摘要】
1.一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，其特征在于，所述添加剂为磷烯-石墨烯混合材料，所述添加剂添加在正极活性材料中，添加剂与正极活性材料的质量比为1-2:10。2.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，其特征在于，所述磷烯-石墨烯混合材料中磷烯和石墨烯的质量比为15-20:1-5。3.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，其特征在于，所述正极活性材料为镍酸锂、锰酸锂或磷酸铁锂。4.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池循环性能的添加剂，其特征在于，所述磷烯-石墨烯混合材料时通过磷烯和石墨烯在N-甲基-2-吡咯烷酮中进行自组装后得到，具体步骤如下：(1)将磷烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理，得到磷烯溶液；(2)将石墨烯加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中，进行超声处理，得到石墨烯溶液；(3)将步骤(1)中的磷烯溶液和步骤(2)中的石墨烯溶液混合后，进行搅拌均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁川，史贵才，黄小红，操林海，
申请(专利权)人：江苏城工建设科技有限公司，常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32