[发明专利]一种磷酸铁锂电池用的石墨烯复合导电剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池用导电剂及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池作为一种新型高能二次电源，具有比能量大、放电电压平稳、电压高、低温性能好、无污染、安全性能优越以及储存和工作寿命长、利用率高等优点。锂离子二次电池的上述优势，促使各国科学家竞相研究，从而促进了锂离子二次电池的快速发展。锂离子二次电池的正极材料有很多种，主要有层状的钴酸锂、镍酸锂、尖晶石状的锰酸锂、及其橄榄石状的磷酸铁锂等。而磷酸铁锂电池是近几年才出现的一种高性能电池，并在绿色环保、安全性能与循环寿命方面的优势引起人们的广泛重视。磷酸铁锂电池的循环寿命达2000次，单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸，具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点。

锂离子二次电池的电极反应包括电子的传输和离子的传输，这样就要求电极要有良好的导电性，保证电子传输通道的畅通；同时还要有一些孔结构，可持有电解液，保证离子传输的顺利。只有达到这两方面的要求才能够保证电极活性材料有较高的利用率和良好的循环稳定性。磷酸铁锂电池的正极采用磷酸铁锂作为活性材料，但磷酸铁锂本身的导电性差，因此在形成电极时往往采用在活性材料中加入导电剂来改善其导电性。目前磷酸铁锂电池常用的导电剂包括颗粒状导电剂，如:乙炔黑、Super P、颗粒石墨、金属粉末以及两种或者两种以上不同颗粒状导电物质的复合物等；纤维状导电剂，如：气相生长碳纤维、碳纳米管和金属纤维等（专利号：CN200810144527.6），以上导电剂虽然能提高与活性材料磷酸铁锂的接触几率，降低内阻，减小极化，进而改善电极的循环稳定性，最终在电极中形成有效的导电网络和固定电极材料，但是其提高幅度有限。

石墨烯是近几年来迅速兴起的一种新材料。它的结构可以理解为单层的石墨，因此具有极其优良的导电性，其中电子的运动速度达到了光速的1/300。同时石墨烯独特的二维纳米层状结构以及巨大的比表面积相比于碳纳米管或炭黑等作为添加改性材料时具有更为突出的优势。而活性炭由于具有较碳纳米管或石墨烯更大的比表面积，其比表面积高达2000m²/g，较碳纳米管的200 m²/g有较大幅度的提高，其巨大的比表面积可以提高材料的吸液保液能力，并与其导电性强的石墨烯复合，既可以发挥石墨烯高的电子导电性的优势提高离子的传输速率，又可以发挥活性炭巨大的比表面积优势提高反应过程中活性材料的吸液保液能力及其锂离子的传输能力进而提高其单体电池的稳定性。

发明内容

针对以上磷酸铁锂电池中锂离子二次电池存在的导电问题，本发明的目的在于提供一种电子传导能力强且吸液保液强的的磷酸铁锂电池用导电剂及其制备方法。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种磷酸铁锂电池用导电剂，由石墨烯、活性炭和粘结剂组成，石墨烯、活性炭和粘结剂的重量比为： 1:（0.001～0.1）:（0.01～1）。

所述粘结剂为聚丙烯氰和/或聚丙烯酸，当粘结剂为聚丙烯氰和聚丙烯酸的组合物时，聚丙烯氰和聚丙烯酸的重量比为：聚丙烯氰:聚丙烯酸为0.5～5：1，其中，聚丙烯酸的分子量为3000~5000；聚丙烯氰的分子量为2000~5000。

一种磷酸铁锂电池用导电剂的制备方法，以重量百分比计，包括以下步骤：1）制备A溶液、2）制备B溶液、3）制备导电剂；其特征在于：

1）制备A溶液：取石墨烯1份、粘结剂0.01～1份，将石墨烯和粘结剂放入二次蒸馏水中超声分散，时间为5分钟，超声频率为20~60KHZ得到A溶液。

所述的二次蒸馏水的用量为： 20～200。

所述活性炭的比表面积为1000~2000m²/g。

2）制备B溶液：取活性炭0.001～0.1和粘结剂0.01～1份放入到二次蒸馏水中超声分散为5~15时间、超声频率为20KHZ得到B溶液。

3）制备导电剂：在超声波的条件下（超声时间为5~15分钟）将B溶液缓缓滴入到A溶液中，使得石墨烯、活性炭和粘结剂的重量比为： 1:（0.001～0.1）:（0.01～1），即制得磷酸铁锂电池用导电剂。

本发明，制备方法简单，制得的导电剂分散均匀，稳定性好。导电剂的电子传导能力强且热量传导均匀，掺杂到磷酸铁锂电池里面具有较强的吸液保液能力，电化学性能得到显著提高，其制备的石墨烯复合导电剂掺杂到50AH磷酸铁锂正极材料里面，较未掺杂复合导电剂的磷酸铁锂正极材料其交流内阻降低20%，循环寿命提高15%。