[发明专利]一种锂离子电池正负极极片材料及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池极片，尤其涉及一种锂离子电池正负极极片材料及加工方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型的化学电源，分别用两个能可逆地嵌入和脱出锂离子的化合物作为正负极而构成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌出来，在负极中嵌入；放电时锂离子从负极中脱嵌出来，在正极中嵌入。锂离子电池由于具有高能量密度、高电压、无污染，循环寿命高、无记忆效应等优点，广泛应用在笔记本电脑、手机和其他便携式电器中。

自2004年英国科学家在实验室成功制备出单层石墨烯以来，石墨烯迅速成为纳米科学领域的研究热点。石墨烯是具有单层碳原子厚度的，由碳原子呈二维蜂窝状晶格结构排列的一种新型碳质材料，是所有其他维数碳质材料的基本组成单元。它的厚度只有0.335nm，仅为头发的20万分之一，可以包成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆砌成三维的石墨。

石墨烯具有良好的力学、电学、热学性质。它具有非常稳定的结构。石墨烯片层内各碳原子完美排列，受到外力时，碳原子可以弯曲变形，不用重新排列，保持了它的结构稳定性。在石墨烯平面上，碳原子的排列使它非常牢固坚硬，抗张强度可达到50-200GPa，弹性模量可达1TPa，是目前世界上制备出的具有最高比强度的材料。

美国普林斯顿大学(Princeton University)的研究人员日前指出，若是采用石墨烯(graphene)电极，锂电池的充电时间将能从2小时缩短到只要10分钟。这种新开发的石墨烯电极制造技术，是由美国能源部所属的西北太平洋国家实验室(PNNL)与普林斯顿大学的研究员Ilhan Aksay所共同开发，并且已经授权给厂商Vorbeck Materials，准备推向商业化。PNNL表示，该实验室已经证实超薄石墨烯薄片能组装到锂离子电池的电极，并能大幅缩短充电所需时间。

公开号为CN101728535A的发明专利提供了一种锂离子电池导电材料及其制备方法和用途，采用氧化石墨快速热膨胀法制备石墨烯锂离子电池导电材料，具有高的纵横比，有利于缩短锂离子的迁移路程并提高电解液的浸润性，从而提高电极倍率性能；还具有高的导电率，可以保证电极活性物质具有较高的利用率和良好的循环稳定性。

公开号为CN101604750A的发明专利提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，采用硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸对鳞片石墨进行氧化、超声分散、真空抽滤、自然风干的方法得到一种锂离子电池负极材料，面积在0.1-100平方厘米，厚度在0.1-100微米。

发明内容

本发明的目的是提供一种正负极性反应活性较高的锂离子电池正负极极片材料及其加工方法。

为实现上述目的，本发明给出的锂离子电池正负极极片材料的技术方案是，该锂离子电池正负极极片材料由纳米正、负电极活性物质和添加剂组成，其质量百分比是，纳米正、负电极活性物质为40-80％，添加剂为20-60％，所述添加剂又是由纳米石墨烯和正、负电极极性物质组成，其质量百分比是，纳米石墨烯为1-50％，正负电极极性物质为50-99％。

在上述锂离子电池正负极极片材料技术方案中，所述纳米正电极活性物质为磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂及钴酸锂的改性物、镍酸锂及镍酸锂的改性物、锰酸锂及镍酸锂的改性物、镍钴锰酸锂三元材料、锰结核、纳米二氧化锰中的一种，粒度为1-999nm。

在上述锂离子电池正负极极片材料技术方案中，所述纳米负电极活性物质为人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纤维、石油焦、中间相碳微球、树脂碳、有机聚合物热解碳、炭黑、氮化物、锡基负极材料、纳米碳管、石墨烯、富勒烯中的一种，粒度为1-999nm。

在上述锂离子电池正负极极片材料技术方案中，所述纳米石墨烯厚度为1-10nm，室温导电率为800-1200S/cm。

在上述锂离子电池正负极极片材料技术方案中，所述的正电极极性物质为纳米金属锂、纳米铝、纳米锌、纳米银、纳米锰、纳米钴中的至少一种，粒度为1-999nm。

在上述锂离子电池正负极极片材料技术方案中，所述的负电极极性物质为纳米聚丙烯酸锂、纳米金属铜、纳米银、纳米硅中的至少一种，粒度为1-999nm。

为实现上述发明目的，本发明还给出一种锂离子电池正负极极片材料加工方法，其步骤为：