快速充放电石墨烯动力锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快速充放电石墨烯动力锂电池及其制备方法，电池包括：电池外壳及容纳于电池外壳内的电芯，电芯包括正极极片、负极极片及隔膜，正极极片包括正极集流体及分别涂覆于正极集流体两侧面的正极材料涂层，负极极片包括负极集流体以及分别涂覆于负极集流体两侧面的负极材料涂层，正极集流体与正极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，负极集流体与负极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，导电涂层为CNT\石墨烯涂层；正极材料涂层中的正极导电剂中的正极活性物质及负极材料涂层中的负极导电剂中的负极活性物质分别经石墨烯悬浮液进行包覆处理；正极及负极集流体包括呈矩阵状排列的贯穿基材的上下表面的若干贯穿孔。

Fast charging and discharging of graphene power lithium battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
快速充放电石墨烯动力锂电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种石墨烯动力锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
传统化石能源的日益枯竭以及化石燃料燃烧带来的环境问题逐渐引起了人们的关注。因此，人们对开发一种高效、清洁、环保的能源的需求越来越迫切。在传统的储能体系中，锂离子电池因具有较高的稳定性，循环寿命长，较大的电压，一定的柔性，安全性好以及无记忆特性等优点，在手机，电脑，电动车等小型电池领域中得到了广泛的应用。然而，由于锂离子电池对外负载时由于要克服内在阻力(内阻)而产热，此现象在快速充放电时尤为明显。若不能及时散热，短期内产生的热量会破坏电芯内部结构而引发安全问题，从而使其应用严重受到限制。现有技术中，研究者主要从原材料和电芯结构设计两方面去改善上述现象。在原材料方面，研究者主要通过添加导电剂、采用具有高电导率的电解液和高孔隙率的隔膜等手段来减少内阻，进而提高电池快速充放电性能。在电芯结构设计方面，研究者主要采用优化极耳结构来减少内阻，电池的快速充放电性能在一定程度上得到了改善。如中国专利申请公开CN103500844A揭示的一种圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法，该锂离子电池包括：圆筒状壳体；正极盖板和负极盖板，负极盖板上具有向圆筒状壳体内部延伸的凸出平台；电芯卷绕体，位于圆筒状壳体内，电芯卷绕体由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，正极片和负极片上均设有多个极耳；以及电解液，填充在圆筒状壳体内；其中，位于负极片上的多个极耳向电芯卷绕体中心延伸并连接在凸出平台上。然而，该专利申请公开的锂离子电池是采用将多个极耳直接焊接在所述凸出平台上的方式，该方法在焊接多极耳时易造成虚焊和箔材的破损。如中国专利申请公开CN202549967U揭示的一种锂离子动力电池多极耳与盖板的连接方式，其是将多个从电芯两端引出的极耳焊接在长度稍长的极耳上，长度稍长的极耳焊接在盖板上或者盖板的连接片上。然而，该专利申请公开的锂离子电池是将短极耳焊接在长极耳上，以此类推，然后再焊接在盖板上或者盖板连接片上，此方法在极耳较多时难以实现。由此可见，现有技术虽然在一定程度上改善了锂动力电池快速充放电性能，然而现有技术生产效率比较低，产品一致性比较差，自动化生产比较困难，且没有从根本上解决电池产热和安全问题。因此，针对以上现象，提供一种具有产热低、散热快、安全性能高的快速充放电石墨烯动力锂电池及其制备方法成为业内急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种快速充放电石墨烯动力锂电池，其能够改善电池快速充放电时产热和散热问题，进而提高电池使用过程中的安全性能，本专利技术的第二个目的在于提供一种工艺流程简洁的快速充放电石墨烯动力锂电池的制备方法。本专利技术提供的一种快速充放电石墨烯动力锂电池，包括：电池外壳以及容纳于电池外壳内的电芯，电芯包括正极极片、负极极片以及设置在正极极片与负极极片之间的隔膜，正极极片包括正极集流体以及分别涂覆于正极集流体两侧面的正极材料涂层，负极极片包括负极集流体以及分别涂覆于负极集流体两侧面的负极材料涂层。其中，正极集流体与正极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，负极集流体与负极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，其中，导电涂层为CNT\石墨烯涂层；正极材料涂层中的正极导电剂中的正极活性物质及负极材料涂层中的负极导电剂中的负极活性物质分别经石墨烯悬浮液进行包覆处理；正极集流体及负极集流体包括呈矩阵状排列的贯穿基材的上下表面的若干贯穿孔。其中，石墨烯悬浮液的制备方法为将氧化石墨研碎，配制成浓度为2～4毫克/毫升的悬浮液，超声处理30分钟之后，离心处理悬浮液15～20分钟，除去悬浮液中的杂质，得到石墨烯悬浮液。在本专利技术中，正极极片包括纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、正极溶剂、以及正极导电剂。负极极片包括纳米颗粒负极材料、负极粘结剂、负极溶剂、以及负极导电剂。其中，正极极片中的纳米颗粒正极材料、正极导电剂、正极粘结剂以及正极溶剂按质量比100～150∶2～6∶3～7∶85～96混合配制。负极极片中的纳米颗粒负极材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极溶剂按质量比85～98∶1～3∶1～10∶100～150混合配制。其中，纳米颗粒正极材料为以下材料中的至少一种：磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、或镍钴锰酸锂。纳米颗粒负极材料为以下材料中的至少一种：石墨、碳纳米管、针状焦、石油焦、碳纤维、或非石墨化中间相炭微球。优选地，纳米颗粒正极材料包含两种三元材料，一种为包括镍、钴、锂的三元材料，另一种为包括镍、钴、锰的三元材料，其中，在第一种三元材料中，镍、钴、锰的比例分别为8:1:1、6：2：2、5:2:3及1:1:1，在另一种三元材料中，镍、钴、铝的比例为9:0.7:0.3。可选择地，正极粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种，负极粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种。其中正极粘结剂和负极粘结剂可以选用相同的粘结剂或不同的粘结剂。其中，正极溶剂为去离子水、蒸馏水、工业酒精、无水乙醇、丙酮、和NMP中一种或多种，负极溶剂为去离子水、蒸馏水、工业酒精、无水乙醇、丙酮和NMP中一种或多种。其中正极溶剂和负极溶剂可以选用相同的溶剂或不同的溶剂。正极导电剂包括：正极活性物质97～99份、科琴黑0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份。负极导电剂包括：负极活性物质97～99份、纳米级超细碳粉0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份。其中，正极活性物质或负极活性物质为炭黑、导电石墨、科琴黑、乙炔黑或纳米碳纤维中的一种或至少两种的混合物。可选择地，电芯的尾部以铜箔进行收尾，铜箔的长度设定为电芯圆周的1.5～2倍，铜箔的设定为6～12微米。可选择地，导电涂层的厚度设定为1～5微米，陶瓷膜的厚度设定为2～5微米。可选择地，正极集流体及负极集流体为厚度为6微米～12微米的凹凸立体三维结构通孔箔材或海绵泡沫结构通孔铜箔；贯穿孔包括交错设置的一类贯穿孔及二类贯穿孔，一类贯穿孔从基材的第一表面向第二表面冲压而成，二类贯穿孔从基材的第二表面向第一表面冲压而成，一类贯穿孔的孔径为0.25～0.35毫米，二类贯穿孔的孔径设定为0.1～0.2毫米。本专利技术的第二个目的在于提供一种如上所述的快速充放电石墨烯动力锂电池的制备方法，其包括如下步骤：(1)、使用石墨烯悬浮液对正极活性物质进行包覆处理，将包覆处理后的正极活性物质97～99份、科琴黑0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份进行混合，混合后的材料与纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、以及正极溶剂进行混合，真空乳化1～3小时，制得快速充放电石墨烯动力锂电池的正极材料；(2)、使用石墨烯悬浮液对负极活性物质进行包覆处理，将包覆处理后的负极活性物质97～99份、纳米级超细碳粉0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份进行混合，混合后的材料与纳米颗粒负极材料、负极粘结剂、以及负极溶剂进行混合，真空乳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速充放电石墨烯动力锂电池，包括：电池外壳以及容纳于所述电池外壳内的电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜，所述正极极片包括正极集流体以及分别涂覆于所述正极集流体两侧面的正极材料涂层，所述负极极片包括负极集流体以及分别涂覆于所述负极集流体两侧面的负极材料涂层，其特征在于，/n所述正极集流体与所述正极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，所述负极集流体与所述负极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，其中，所述导电涂层为CNT\石墨烯涂层；/n所述正极材料涂层中的所述正极导电剂中的正极活性物质及所述负极材料涂层中的所述负极导电剂中的负极活性物质分别经石墨烯悬浮液进行包覆处理；/n所述正极集流体及所述负极集流体包括呈矩阵状排列的贯穿基材的上下表面的若干贯穿孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速充放电石墨烯动力锂电池，包括：电池外壳以及容纳于所述电池外壳内的电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜，所述正极极片包括正极集流体以及分别涂覆于所述正极集流体两侧面的正极材料涂层，所述负极极片包括负极集流体以及分别涂覆于所述负极集流体两侧面的负极材料涂层，其特征在于，
所述正极集流体与所述正极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，所述负极集流体与所述负极材料涂层之间涂布有导电涂层及陶瓷膜，其中，所述导电涂层为CNT\石墨烯涂层；
所述正极材料涂层中的所述正极导电剂中的正极活性物质及所述负极材料涂层中的所述负极导电剂中的负极活性物质分别经石墨烯悬浮液进行包覆处理；
所述正极集流体及所述负极集流体包括呈矩阵状排列的贯穿基材的上下表面的若干贯穿孔。


2.如权利要求1所述的快速充放电石墨烯动力锂电池，其特征在于，所述电芯的尾部以铜箔进行收尾，所述铜箔的长度设定为所述电芯圆周的1.5～2倍，所述铜箔的设定为6～12微米。


3.如权利要求1所述的快速充放电石墨烯动力锂电池，其特征在于，所述导电涂层的厚度设定为1～5微米，所述陶瓷膜的厚度设定为2～5微米。


4.一种如权利要求1～3所述的快速充放电石墨烯动力锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、使用石墨烯悬浮液对所述正极活性物质进行包覆处理，将包覆处理后的所述正极活性物质97～99份、科琴黑0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份进行混合，混合后的材料与纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、以及正极溶剂进行混合，真空乳化1～3小时，制得所述快速充放电石墨烯动力锂电池的正极材料；
(2)、使用石墨烯悬浮液对所述负极活性物质进行包覆处理，将包覆处理后的所述负极活性物质97～99份、纳米级超细碳粉0.2～0.4份、以及碳纳米管0.2～0.4份进行混合，混合后的材料与纳米颗粒负极材料、负极粘结剂、以及负极溶剂进行混合，真空乳化1～3小时，制得所述快速充放电石墨烯动力锂电池的负极材料；
(3)、于所述正极集流体的两侧面上依次涂布所述导电涂层、所述正极材料、以及所述陶瓷膜形成正极极片，于所述负极集流体的两侧面上依次涂布所述导电涂层、所述负极材料、以及所述陶瓷膜形成负极极片，在进行所述涂布时，分别于所述正极集流体及所述负极集流体的边缘位置处预留极耳的位置；
(4)、分别将涂布后的正极极片及负极极片在60～130摄氏度的条件下压紧，按照设定值分切成单元份；以及
(5)、使用隔膜纸对步骤(4)的所述单元份进行卷绕形成卷芯，并对所述卷芯采取铜箔收尾。


5.如权利要求4所述的快速充放电石墨烯动力锂电池的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，包括：
(1-1)、将所述正极活性物质置于所述石墨烯悬浮液中，在真空状态下搅拌1～4小时，形成混合物；
(1-2)、将步骤(1-1)制得的混合物置于喷雾干燥机内，在40～80摄氏度的条件下搅拌1～4小时，制得包覆处理后的所述正极活性物质；以及
(1-3)、将步骤(1-2)制得的所述正极活性物质9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立军，
申请(专利权)人：王立军，
类型：发明
国别省市：吉林;22