一种锂离子电池用纳米复合添加剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术一种锂离子电池用纳米复合添加剂，包括纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末和防团聚添加剂，所述纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末、防团聚添加剂的质量比为（0.8

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用纳米复合添加剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池用纳米复合添加剂及制备方法和应用，属于锂电池


技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、电压高等优点，被广泛应用于便携设备、电动汽车领域。特别是近年来，随着我国能源战略的确立，越来越多的电动汽车使用动力锂离子电池。但是，锂离子电池存在自燃的问题一直难以解决，锂离子电池自燃主要是因为电池循环过程中产生枝晶造成内部短路，从而引起高温引燃电解液。目前所有种类的锂离子电池都存在这个现象。
[0003]近年来，锂离子电池引发的火灾甚至爆炸事件屡见不鲜，很大程度上制约了锂离子电池的发展。锂离子电池发生危险的原因是电池内部发生失控的放热反应，主要是由以下动作引起的：（1）如锂离子电池过充，正极材料继续脱锂，导致结构坍塌或从阴极材料释放氧气，导致电解质氧化和分解，释放大量热量。（2）锂离子电池在长期循环过程中，负极表面会形成锂枝晶。其中一些脱落形成“死锂”，而另一些则生长并刺破隔膜，导致电池短路。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一目的在于提供一种锂离子电池用防自燃耐高温纳米复合添加剂。
[0005]本专利技术的第二目的在于提供上述纳米复合添加剂的制备方法。
[0006]本专利技术的第三目的在于提供上述纳米复合添加剂的应用。
[0007]为了实现第一目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种锂离子电池用防自燃耐高温纳米复合添加剂，包括纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末和防团聚添加剂，所述纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末、防团聚添加剂的质量比为（0.8
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1.2）:（0.8
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1.2）:0.01；优选的，所述纳米陶瓷颗粒为五氧化二铌、二氧化钛、气相白炭黑、三氧化二铝、碳化钛、氮化硅、TiB2、B4C、ZrO2、ZrH、Y2O3、CNTs、BN、BaTiO3中的一种或几种。
[0008]优选的，所述陶瓷颗粒经过如下处理：将纳米陶瓷颗粒放入硝酸水溶液中，回流，过滤，加入纤维素水溶液，依次经过喷雾干燥处理、高温加热处理，得到处理后的纳米陶瓷颗粒。
[0009]优选的，所述防团聚添加剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP
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10、乳化剂OP
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20、PVP、脂肪醇、脂肪酸、脂肪胺、烷基苯、磺化类产烷基苯磺酸/盐（LAS）、AES、脂肪醇醚硫酸盐、烷基苯磺酸、烷基硫酸盐、烯烃磺酸盐、磷酸酯、羧酸酯、磷酸酯、脂肪醇醚、聚醚、脂肪胺醚、烷基酚醚、烷醇酰胺和烷基糖苷中的一种或几种。
[0010]优选的，所述硝酸水溶液的质量分数为1%
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5%，所述纤维素水溶液的质量分数为1%。
[0011]采用上述技术方案，所采用的纳米陶瓷颗粒的粒径为1
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100nm，将纳米陶瓷颗粒放入质量分数为1%
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5%的硝酸水溶液，120
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150℃回流处理1
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3h，过滤回收后，加入1L质量分数为1%的纤维素水溶液，搅拌1
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5h，利用喷雾干燥器得到颗粒形态产品，再放置真空加热炉中600
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900℃加热2
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6h，降至室温，得到处理后的纳米陶瓷颗粒。
[0012]通过硝酸及混酸处理是为了去除石墨烯中的杂质，同时石墨烯带上硝基等基团，通过这些基团增加石墨烯与其他物质的亲和性。
[0013]优选的，所述石墨烯经过如下处理：石墨烯粉末高温退火处理，降至室温，将石墨烯进行酸化处理，离心回收，得到处理后的石墨烯粉末。
[0014]优选的，所述酸化处理是将石墨烯置于混酸中，所述混酸是浓硫酸和浓硝酸的混合物，二者体积比为3:1。
[0015]采用上述技术方案，石墨烯粉末在400
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500℃下退火处理1h，使薄膜结晶，自然冷却至室温后取出，将纳米石墨烯在混酸（浓硫酸和浓硝酸的体积比为3：1）溶液中120
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150℃酸化处理1
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8h，离心回收，得到处理后的石墨烯。将石墨烯粉末进行处理，主要是为了避免在后续严苛的处理过程中对石墨烯结构造成表面破坏或切割结构。
[0016]为了实现第二目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种锂离子电池用防自燃耐高温纳米复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将处理后的石墨烯粉末放入无水乙醇中配置成质量浓度为1%的溶液，然后进行超声处理，将处理后的纳米陶瓷颗粒和防团聚添加剂加入该溶液中，得到混合物；S2：将步骤S1得到的混合物依次进行砂磨处理、加热搅拌处理、干燥处理，将干燥后的半成品高温退火处理，降至室温，得到纳米复合添加剂。
[0017]优选的，步骤S1中处理后的纳米陶瓷颗粒与防团聚添加剂的摩尔比为100000：（1
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6）。
[0018]采用上述技术方案，将石墨烯粉体放入无水乙醇中配置成质量浓度为1%的溶液，然后进行超声处理。待石墨烯粉体分散均匀后，将处理后的陶瓷颗粒和防团聚添加剂加入该溶液中。
[0019]优选的，步骤S2的高温退火处理中的气体氛围是氮气和氢气的混合气，二者体积比为50：（1
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4）。
[0020]采用上述技术，将混合物加入砂磨机中，砂磨处理0.5
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2h，然后置于磁力搅拌水浴锅中加热搅拌4
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8h后马上放入100℃烘箱中干燥1
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2h，然后放入热处理炉中500
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900℃退火1h，气体氛围是氮气和氢气的混合气，氮气与氢气的体积为50：（1
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4），然后自然降温，得到最终产品。
[0021]为了实现第三目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种锂离子电池用防自燃耐高温纳米复合添加剂的应用，所述纳米复合添加剂与正极材料混合使用制成电池，所述纳米复合添加剂与正极材料质量比为1：1000。
[0022]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术通过向正极材料中添加纳米陶瓷颗粒与石墨烯复合材料，将导电性非常好的1
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3层石墨烯包裹陶瓷颗粒，形成锂离子电池用3D耐高温添加剂。
[0023]（2）本专利技术制备的复合添加剂可以促成锂离子电池正极材料构造出纳米三维网络结构，从而提高电导率和比表面积，这有利于电解液的渗透，提高了Li
+
的迁移率，降低了界
面阻抗，提高电池性能。
[0024]（3）本专利技术的3D陶瓷
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石墨烯复合添加剂可以阻隔锂枝晶的生长通道有效抑制枝晶的产生。当锂离子电池热失控时，陶瓷颗粒会产生体积膨胀，在高温下可以阻断电池回路，从而避免严重的自燃和爆炸。同时，形成对电池正极材料的支撑结构，避免结构坍塌。
附图说明
[0025]图1为本专利技术石墨烯复合陶瓷颗粒透射电子显微镜图（3万倍）；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用纳米复合添加剂，其特征在于，包括纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末和防团聚添加剂，所述纳米陶瓷颗粒、石墨烯粉末、防团聚添加剂的质量比为（0.8
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1.2）:（0.8
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1.2）:0.01。2.如权利要求1所述的一种锂离子电池用纳米复合添加剂，其特征在于，所述陶瓷颗粒经过如下处理：将纳米陶瓷颗粒放入硝酸水溶液中，回流，过滤，加入纤维素水溶液，依次经过喷雾干燥处理、高温加热处理，得到处理后的纳米陶瓷颗粒。3.如权利要求2所述的一种锂离子电池用纳米复合添加剂，其特征在于，所述硝酸水溶液的质量分数为1%
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5%，所述纤维素水溶液的质量分数为1%。4.如权利要求1所述的一种锂离子电池用纳米复合添加剂，其特征在于，所述石墨烯经过如下处理：石墨烯粉末高温退火处理，降至室温，将石墨烯进行酸化处理，离心回收，得到处理后的石墨烯粉末。5.如权利要求4所述的一种锂离子电池用纳米复合添加剂，其特征在于，所述酸化处理是将石墨烯置于混酸中，所述混酸是浓硫酸和浓硝酸的混合物，二者体积比为3:1。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋振兴，宋文琪，宋文瑄，谢玉娟，
申请(专利权)人：天津朗缪新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：