[发明专利]低温锂电池正极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种低温锂电池正极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池:是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。根据锂离子电池所用电解质材料的不同，锂离子电池分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池正常的工作温度范围为-20℃～60℃，锂离子电池电解质溶液的冰点在-40℃，容易冻结，冰点以下环境有可能使锂电池在电子产品打开的瞬间烧毁，因此，本领域人员积极探索，以期研发出一种新型的材料来提高锂离子电池的工作温度范围，使锂离子电池可在低于-20℃的环境下正常工作，避免锂电池在电子产品打开的瞬间烧毁，增加锂离子在低温环境下工作的安全性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种低温锂电池正极及其制备方法，将新的添加剂材料加入锂电池的正极中，实现在温度较低的环境中，打通电池电解液低温固化而堵塞的电子和离子通道，增加离子活性的目的，从而使电池在低温的时候可以更好的工作，最低可以在-40℃的环境下工作，避免锂电池在电子产品打开的瞬间烧毁，增加锂离子在低温环境下工作的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种低温锂电池正极及其制备方法，包括主料、溶剂和添加剂，所述主料为磷酸铁锂或三元，所述溶剂为NMP(N-甲基吡咯烷酮)，所述添加剂包括PVDF(聚偏氟乙烯)、SP(超细碳粉)、KS-6(石墨导电剂)和多层石墨烯；

各组分的重量百分含量如下：所述主料为40-46％、所述NMP为47-50％、所述PVDF为2-3％、所述SP为1-2％、所述KS-6为1-2％和所述多层石墨烯为2-7％；

所述多层石墨烯包括多层片状石墨烯和金刚石，所述金刚石位于多层片状石墨烯的相邻的两层之间，所述金刚石与所述的多层片状石墨烯的碳原子一一对应；

所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为(4-6)：1；

所述多层片状石墨烯为6-8层片状石墨烯，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.3-0.7nm,所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.1-0.5nm；

所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.7-1.6nm。

进一步地说，所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为5：1；

所述多层片状石墨烯的层数为8层片状石墨烯，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.3nm；

所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.9nm。

进一步地说，所述多层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用化学沉积法制备多层片状石墨烯：用阴极射线在二氧化硅基体表面沉积一层镍金属层，所述镍金属层的厚度为200-400nm；

步骤二、在温度950-1150℃的管式炉中通入甲烷、氢气和氨气组成的混合气以及普通石墨粉，100ms以内冷却到室温，得到多层片状石墨烯，此处所述多层片状石墨烯的层数为3-12层；

步骤三、在十万级以上洁净度环境下，通过电子显微镜观测后用分子刀剥离，筛选出6-8层片状石墨烯；。

步骤四、将步骤三筛选出的6-8层片状石墨烯与金刚石按比例混合，在100-200Pa的真空条件和600-800℃高温条件下，匀速搅拌34-38h，即得成品。

本发明还提供了一种低温锂电池正极的制备方法，按照如下步骤进行：

步骤a、将主料、NMP和PVDF,加入到搅拌桶中，抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持真空的情况下搅拌3.5-4.5h，使其完全充分溶解，即得混合物；

步骤b、在步骤a所得的混合物中加入SP、KS-6和多层石墨烯；抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持真空的情况下搅拌2-4h，至粘稠度达到8000～12000MPa·s，即得正极浆料。

本发明的有益效果是：