[发明专利]氮化石墨烯锂离子动力电池浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其是涉及一种氮化石墨烯锂离子动力电池浆料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于比能量高、工作电压高、自放电低、循环寿命好、对环境友好、安全性能较好，已经率先成为了新能源领域的佼佼者。随着锂电池的广泛应用和快速发展，人们对锂离子电池的性能要求也越来越高，不仅要求锂电池具有较高的容量，而且要求在反复的充放电过程中具有较好的容量保持率，表现出良好的循环性能，具有较长的使用寿命。

目前，锂离子电池中常用的磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等活性材料本身的电导率不是很高，且相互之间存在较大的接触电阻，因此在活性材料中需要加入具有高电导率的添加剂以提高活性材料之间的电子迁移速率。对锂离子电池的导电添加剂的研究，作为最早被研究并应用于锂离子电池商业化的碳质材料至今仍然还是人们关注研究的重点。现有技术中的锂离子电池主要使用的导电添加剂还是导电石墨、乙炔黑和碳纳米管。导电石墨虽然价格便宜，却难以满足电池在高倍率下的持续充放电；乙炔黑是目前使用最为广泛的导电添加剂，价格低廉，但是为了达到增强活性物质互相接触的目的，所需要的添加量较大，结果造成电极容量的下降；碳纳米管与乙炔黑相比，具有更加的导电性能且添加量更少，但是其价格昂贵，并且添加至活性材料中存在分散困难的缺点，从而阻碍了其进一步应用。

石墨烯因其具有独特的二位纳米结构和新颖的物理化学性质而受到科学界和产业界的广泛关注，应用前景十分广阔。毋庸置疑，石墨烯的高导电率性能使得它锂电池导电添加剂的优选材料。其次，石墨烯的二维纳米结构与导电石墨、Super P-Li等三维导电颗粒、一维的碳纳米管不同，其容易包裹活性材料颗粒，从而形成面面接触，同时也容易形成三维的导电网络。另一方面，石墨烯良好的导热性有利于提升电池的高温性能和循环稳定性。

目前的生产工艺制备出的石墨烯结构参数不均一，含大量缺陷，导致其电导率远远低于理论值，提高石墨烯本征电导率成为国内外学者研究的热点。氮原子掺杂可以有效调节碳材料的能级结构、光学性质、电学及表面化学特性。氮原子具有五个价电子，和碳原子有相当的原子尺寸大小，已经被广泛用于碳材料的化学掺杂。研究发现，在石墨烯晶格中引入氮原子后，可改变碳材料的电负性，进而改变石墨烯的性质。这些改性石墨烯表现出与石墨烯迥异的结构和性质，在微电子、复合材料、催化、储氢、锂离子电池负极材料等领域有着重要的应用前景。因此，氮掺杂石墨烯各方面性能都优于纯石墨烯。

然而，目前鲜有氮化石墨烯如何运用到锂离子动力电池的资料。现有资料所报道的也是先将氮化石墨烯制备出来，再与分散剂、导电助剂、活性材料、粘结剂等进行混合分散，由于氮化石墨烯本身具有高的活性，在分散过程中无法达到良好分散效果，因此制备出来的浆料电池无法发挥氮化石墨烯的优势。

发明内容

现有的氮化石墨烯制备技术，需要先制备出氧化石墨烯再进行氮化处理，在处理过程中，会造成石墨烯堆叠等问题，使最终制备得到的氮化石墨烯品质降低；且氮化处理温度高、时间长，不适于工业化生产。

为了解决以上技术问题，本发明是将氮化石墨烯制备技术与混合分散技术同时进行，剥离制备出的氮化石墨烯在混合分散过程中与分散剂、导电剂、活性材料以及粘结剂完美分散，防止氮化石墨烯再次堆叠，分散效果好。

本发明的具体方案为：

一种氮化石墨烯锂离子电池浆料的制备方法，包括如下步骤:

步骤一、预氮化可膨胀石墨的制备：首先按重量份数称取10-20份石墨、3-80氧化剂、0.2-10份增氮剂充分混合，在20-80℃搅拌反应0.5-2h，洗涤后再加入0.5-20份增氮剂，混合均匀，在80-120℃下进行第二步预氮化并干燥1-3h，制得预氮化可膨胀石墨；

步骤二、氮化膨胀石墨的制备：将预氮化可膨胀石墨经高温（800-1000℃）或微波膨胀，在膨胀过程中同时进行了氮化处理，制得氮化膨胀石墨；或者在上述高温或微波膨胀之后再将氮化膨胀石墨通入沸腾炉，在400℃-800℃温度下，氮气吹扫进行后氮化处理，最后收集得到氮化膨胀石墨；

步骤三、氮化石墨烯锂离子动力电池浆料的制备（以下所称份数皆按重量份数称取）：

（1）    将100-120份溶剂加入搅拌机料罐中，其中搅拌机料罐外通冷却循环，控制温度小于40℃，称取2-4份粘结剂、0.5-3份分散剂加到溶剂中，打开搅拌机，转速为30-50转/分，搅拌60-150分钟，得混合料1；