本發(fā)明涉及一種鋰離子電池保護(hù)，具體涉及過(guò)充情況下的散熱及保護(hù)。屬于鋰離子電池制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的andregeim和konstantinnovoselov從高定向熱解石墨中剝離出僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。此后，制備石墨烯的方法又發(fā)展出了取向附生法、加熱sic法、化學(xué)還原法和化學(xué)解離法等。

石墨烯除了具有超高的強(qiáng)度和柔韌性之外，其極高的導(dǎo)熱，導(dǎo)電性尤其引人關(guān)注。普通碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)3000w/mk以上，而單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)5300w/mk。美國(guó)加州大學(xué)一項(xiàng)研究顯示，石墨烯的導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所高導(dǎo)熱石墨烯/炭纖維柔性復(fù)合薄膜，室溫面向熱導(dǎo)率高達(dá)977w/m·k。另有研究表明，常溫下石墨烯電子遷移率比納米碳管或硅晶體高，而電阻率比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。

由于其導(dǎo)熱，導(dǎo)電方面優(yōu)良的表現(xiàn)，引起電子，電池界的關(guān)注，并有部分實(shí)際應(yīng)用。例如，華為瓦特實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明：高溫環(huán)境下的充放電測(cè)試表明，同等工作參數(shù)下，內(nèi)部摻雜了石墨烯的鋰離子電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃；60℃高溫循環(huán)2000次，容量保持率仍超過(guò)70％；

基于石墨烯的電學(xué)，熱學(xué)特點(diǎn)，以及目前鋰離子電池在安全性上尚有欠缺的現(xiàn)實(shí)，本專利開(kāi)發(fā)了石墨烯在鋰離子電池過(guò)充保護(hù)中的應(yīng)用。

所謂過(guò)充，指的是電池已經(jīng)達(dá)到電池使用的上限電壓，由于某些原因還在繼續(xù)充電，模擬實(shí)際使用過(guò)程中保護(hù)板失效等意外情況。一切商業(yè)電池，只有過(guò)充測(cè)試通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定條件，才能取得電池銷(xiāo)售許可。過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)具體內(nèi)容為：電池以1c電流滿充，之后用1c恒流持續(xù)充電，直到單體電池達(dá)到企業(yè)技術(shù)條件規(guī)定的充電終止電壓1.5倍，或者充電時(shí)間1小時(shí)后達(dá)到200％soc，電池不爆炸，不起火。

根據(jù)調(diào)研，目前還沒(méi)有石墨烯在鋰離子電池過(guò)充保護(hù)中的應(yīng)用先例。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種提高鋰離子電池過(guò)充安全性的石墨烯正極材料，為了增強(qiáng)電池在過(guò)充情況下的散熱，保持電池正極材料顆粒之間的導(dǎo)電性能，保護(hù)電池，防止爆炸。本發(fā)明改變了正極配方，加入石墨烯材料，石墨烯具有優(yōu)異的傳熱性能，導(dǎo)電性能，非常適合作為導(dǎo)電添加劑，尤其是在鋰離子電池里面的應(yīng)用，使新型電池達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種提高鋰離子電池過(guò)充安全性的石墨烯正極材料，摻入石墨烯，以增強(qiáng)電池過(guò)充保護(hù)性能，該正極材料由炭黑導(dǎo)電劑sp；鎳鈷錳ncm；聚偏氟乙烯pvdf；石墨烯；導(dǎo)電石墨ks6組成。

所述的石墨烯種類(lèi)為單層石墨烯或多層石墨烯。

所使用的石墨烯的制備方法包括微機(jī)械分離法、取向附生法、加熱sic法、化學(xué)還原法或化學(xué)解離法。

所述的正極材料中，石墨烯添加量為0.5wt％～1.5wt％。

所述的正極材料按質(zhì)量的組分為：

有益效果：

1)用石墨烯代替以前電池正極配方中的sp，增加了電極導(dǎo)電性，增加了電子運(yùn)動(dòng)抗干擾性。

2)2)在正極材料中加入石墨烯，其優(yōu)秀的導(dǎo)熱性增加了電池的散熱性能，特別強(qiáng)化了過(guò)充時(shí)的熱傳導(dǎo)，增加了電池過(guò)充時(shí)的安全性。

3)電池過(guò)充安全性的提高使電池易于達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，降低了行業(yè)門(mén)檻，具有明顯的商業(yè)價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。

圖2為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。

圖3為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。

圖4為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一種提高鋰離子電池過(guò)充安全性的石墨烯正極材料，所述的正極材料按質(zhì)量的組分為：

(1)以2ah容量軟包電芯為研究對(duì)象，投料過(guò)程中，所有物料按照配方所示比例投料；

(2)依次經(jīng)過(guò)漿料攪拌，涂布，冷壓極片，烘烤，分條，電芯卷繞，x-ray檢查，裸電芯整形，絕緣測(cè)試1，陰/正極極耳焊接，絕緣測(cè)試2，頂側(cè)封，壓角位，真空烘烤，灌注電解液，靜置，真空封裝，再次靜置，烘烤，整形，化成，容量測(cè)試完成電芯制作；

(3)過(guò)充測(cè)試采用arbin充放電設(shè)備進(jìn)行，各電池過(guò)充溫升過(guò)程數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖4。

圖1為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。隨過(guò)充程度增加，在電壓持續(xù)升高的同時(shí)，溫度急劇增加到140℃以上，引起電池?zé)崾Э?，最終著火爆炸。

圖2為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。隨過(guò)充程度增加，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，電壓已經(jīng)升高，達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定的充電終止電壓的1.5倍要求。

圖3為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。隨過(guò)充程度增加，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，過(guò)充時(shí)間已經(jīng)達(dá)到1小時(shí)，達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定的充電終止soc的要求。

圖4為電池過(guò)充時(shí)溫度及電壓隨電池荷電狀態(tài)soc百分比變化曲線。隨過(guò)充程度增加，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，過(guò)充時(shí)間已經(jīng)達(dá)到1小時(shí)，達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定的充電終止soc的要求。

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。

實(shí)例1

實(shí)驗(yàn)組投料按質(zhì)量的配方為：正極：sp＝2％，ncm＝95％，pvdf＝2％，石墨烯＝0.5％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

對(duì)比組投料配方為：正極：sp＝2.5％，ncm＝95％，pvdf＝2％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

以2ah容量軟包電芯為研究對(duì)象，所有物料按照配方所示比例投料；依次經(jīng)過(guò)漿料攪拌，涂布，冷壓極片，烘烤，分條，電芯卷繞，x-ray檢查，裸電芯整形，絕緣測(cè)試1，陰/正極極耳焊接，絕緣測(cè)試2，頂側(cè)封，壓角位，真空烘烤，灌注電解液，靜置，真空封裝，再次靜置，烘烤，整形，化成，容量測(cè)試完成電芯制作；采用arbin充放電設(shè)備進(jìn)行過(guò)充測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：添加了石墨烯的一組電池，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，電壓已經(jīng)升高，達(dá)到1.5倍電壓，通過(guò)測(cè)試。沒(méi)有添加的電池，在電壓持續(xù)升高的同時(shí)，溫度急劇增加，到140℃以上，引起電池?zé)崾Э?，最終著火爆炸。(實(shí)驗(yàn)組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖2中t2及v2；對(duì)比組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖1中t1及v1)。實(shí)例2

實(shí)驗(yàn)組投料按質(zhì)量的配方為：正極：sp＝1.5％，ncm＝95％，pvdf＝2％，石墨烯＝1％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

對(duì)比組投料配方為：正極：sp＝2.5％，ncm＝95％，pvdf＝2％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

以2ah容量軟包電芯為研究對(duì)象，所有物料按照配方所示比例投料；依次經(jīng)過(guò)漿料攪拌，涂布，冷壓極片，烘烤，分條，電芯卷繞，x-ray檢查，裸電芯整形，絕緣測(cè)試1，陰/正極極耳焊接，絕緣測(cè)試2，頂側(cè)封，壓角位，真空烘烤，灌注電解液，靜置，真空封裝，再次靜置，烘烤，整形，化成，容量測(cè)試完成電芯制作；采用arbin充放電設(shè)備進(jìn)行過(guò)充測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：添加了石墨烯的一組電池，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，過(guò)充時(shí)間已經(jīng)達(dá)到1小時(shí)，達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定的充電終止soc的要求。沒(méi)有添加的電池，在電壓持續(xù)升高的同時(shí)，溫度急劇增加，到140℃以上，引起電池?zé)崾Э?，最終著火爆炸。(實(shí)驗(yàn)組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖3中t3及v3；對(duì)比組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖1中t1及v1)。

實(shí)例3

實(shí)驗(yàn)組投料按質(zhì)量的配方為：正極：sp＝1％，ncm＝95％，pvdf＝2％，石墨烯＝1.5％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

對(duì)比組投料配方為：正極：sp＝2.5％，ncm＝95％，pvdf＝2％，ks6＝0.5％。負(fù)極：sp＝1.5％，石墨＝95.4％，sbr＝2.5％，cmc＝0.6％。

以2ah容量軟包電芯為研究對(duì)象，所有物料按照配方所示比例投料；依次經(jīng)過(guò)漿料攪拌，涂布，冷壓極片，烘烤，分條，電芯卷繞，x-ray檢查，裸電芯整形，絕緣測(cè)試1，陰/正極極耳焊接，絕緣測(cè)試2，頂側(cè)封，壓角位，真空烘烤，灌注電解液，靜置，真空封裝，再次靜置，烘烤，整形，化成，容量測(cè)試完成電芯制作；采用arbin充放電設(shè)備進(jìn)行過(guò)充測(cè)試。(實(shí)驗(yàn)組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖4中t4及v4；對(duì)比組溫度及電壓隨soc百分比變化曲線見(jiàn)附圖1中t1及v1)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：添加了石墨烯的一組電池，由于散熱較快，在過(guò)充過(guò)程中溫升較小，電池沒(méi)達(dá)到熱失效的溫度下，過(guò)充時(shí)間已經(jīng)達(dá)到1小時(shí)，達(dá)到過(guò)充國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t31485-2015)規(guī)定的充電終止soc的要求。沒(méi)有添加的電池，在電壓持續(xù)升高的同時(shí)，溫度急劇增加，到140℃以上，引起電池?zé)崾Э兀罱K著火爆炸。

上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。