一種碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，世界面臨環(huán)境污染、能源危機、資源匱乏等嚴峻的問題，為了實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的社會就必須找到無污染、可再生節(jié)約型的二次能源。鋰離子電池是一種新型的綠色化學電源，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池相比較，鋰離子電池具有電壓高、容量高、壽命長、能量密度大、重量輕等優(yōu)點。由于其具備的一系列優(yōu)點，因此在便攜式電子設備、空間技術(shù)、電動汽車、國防工業(yè)等多方面具有很廣闊的應用前景，成為近些年廣為關(guān)注的研究和產(chǎn)業(yè)化熱點。而大部分研究熱點都是針對鋰離子電池的電極材料展開的，其中關(guān)于碳納米管的研究取得了重要進展，目前國內(nèi)市場碳納米管在鋰離子電池的市場銷量在一年200噸左右。理想情況下，碳納米管由是石墨層卷成的無縫、中空管體。由于其具有極高的表面積、優(yōu)異的機械性能和電學性能，使其至發(fā)現(xiàn)以來一直是材料科學領域的研究熱點。據(jù)已有的的研究報道發(fā)現(xiàn)碳納米管作為負極的充放電容量可以超過石墨嵌鋰化合物理論容量的一倍以上，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料可以在碳納米管的基礎上進一步提升鋰離子電池的導電性，能量密度和功率密度，支撐極片提升循環(huán)性能，降低內(nèi)阻，大幅降低電池充放電過程的溫度等。
[0003]碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)是共軸的圓錐體，圓錐體是由同心的圓柱型石墨層沿著外表面逐漸縮短套構(gòu)而成，圓錐體的最里層是直徑為一個或者幾個納米的單壁納米碳管或者多壁納米碳管，它們或者是由不同層數(shù)或者不同結(jié)構(gòu)的納米碳管通過范德華力直接疊加而成，也或者是同一層數(shù)納米碳管成束疊加而成，各個部位由碳以無縫連接的方式構(gòu)成一個整體。這些碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料外表面由逐漸縮短的石墨層組成的梯狀結(jié)構(gòu)是大量的活性位，在高性能鋰離子電池具有廣闊的應用開發(fā)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高鋰離子電池容量、倍率和循環(huán)性能的一種碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池的制備方法。
[0005]本發(fā)明具體步驟如下。
[0006](I)稱取一定量的活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導電劑，并采用瑪瑙研缽分別研磨活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導電劑至均勾。
[0007](2)將步驟(I)研磨好的活性物質(zhì)、碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料和導電劑加入聚偏氟乙烯(PVDF)粘接劑的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機溶劑中，并進行攪拌，得到漿料，攪拌時間為Ih-5h0
[0008](3 )將步驟(2 )制備好的漿料均勻地涂布于清洗并烘干的集流體上，并進行干燥，即得到極片，干燥時間為5h_12h。
[0009](4)將電池的不銹鋼殼用蒸餾水清洗，然后用蒸餾水超聲清洗10-30min，再用無水乙醇超聲清洗10_30min，最后在烘箱中70°C-100°C。
[0010](5)在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼、極片、隔膜、鋰片、泡沫鎳、不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤極片及隔膜材料。
[0011 ] (6)將安裝好的鋰離子電池放置于通風避光出干燥12h-24h。
[0012]步驟(I)所述的活性物質(zhì)為石墨，磷酸鐵鋰，或者鎳鈷錳(NCM)三元系列材料，如NCM (111)，NCMC523), NCMC424), NCMC622), NCM(811)等，或者是其它的高錳三元材料。導電劑為超級炭黑或乙炔黑。
[0013]步驟(3)所述的集流體為鋁箔或銅箔。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果。
[0015](I)摻雜碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料鋰離子電池，顯著的提高了電池的導電性能和導熱性能。
[0016](2)使用同樣的活性物質(zhì)，電池容量得到一定程度的提高，并且其倍率性大幅度得到提升。
[00?7] (3 )由于碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料的特殊凹凸葫蘆結(jié)構(gòu)，更起到支撐活性物質(zhì)，形成立體三維網(wǎng)絡使得活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止活性物質(zhì)粉化脫落，從而大幅度延長電池的循環(huán)壽命O
[0018](4)該種電極材料制作出的鋰離子電池安全性能高，對環(huán)境無污染。
[0019](5)本發(fā)明制備工藝簡單，原料易得，成本低廉，條件易控，性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。實施例中所述方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法;所述材料試劑，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0021]實施例1。
[0022]稱取通過化學氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.1g，石墨0.38g，超級炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為723mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為382mAh/g0
[0023]實施例2。
[0024]稱取通過化學氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.15g，石墨0.33g，超級炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進行攪拌3h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為746mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為371mAh/g0
[0025]實施例3。
[0026]稱取通過化學氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.07g，石墨0.41g，超級炭黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、石墨和超級炭黑研磨均勾，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的銅箔上，然后將涂布后的銅箔在80°C的溫度下干燥10h，干燥完成后進行沖壓即得到14mm的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中(1:1)。將安裝好的鋰離子電池放置于通風避光出干燥20h。采用鋰離子電池測試系統(tǒng)進行電池性能測試，在0.25C條件下，首次放電比容量為683mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，可逆容量為354mAh/g。
[0027]實施例4。
[0028]稱取通過化學氣相沉積法制備并純化后碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料0.1g，磷酸鐵鋰0.38g，乙炔黑0.06g，聚偏氟乙稀0.06g，將碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料、磷酸鐵鋰和乙炔黑研磨均勻，將混合粉末和聚偏氟乙烯加入5ml的N-甲基吡咯烷酮溶液中進行攪拌2h，充分混合均勻后，將得到的漿料均勻地涂布于清洗并干燥的鋁箔上，然后將涂布后的鋁箔在80°C的溫度下干燥8h，干燥完成后進行沖壓即得到14_的極片，最后在干燥充滿惰性氣體的手套箱中，按照不銹鋼外殼，極片，隔膜，鋰片，泡沫鎳，不銹鋼蓋的順序安裝。中間滴加電解液，使電解質(zhì)充分浸潤電極及隔膜材料，電解液為lmol/L LiPF6溶解于碳酸