石墨烯低温电池的制备方法技术

石墨烯低温电池的制备方法。本发明专利技术用于钛酸锂负极体系的电池。现有充电电池在低温环境下充电仅能达到总电池容量的50-70%。本发明专利技术包括：通过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂制得涂敷电池正极极片所需浆料；通过含有导电石墨烯浆料的导电剂制得涂敷电池负极极片所需浆料的匀浆；电池正、负极的涂布，且正、负极上下两侧均留出空箔；电池正极极片和负极极片的碾压与剪切；电池的装配；电池化成和后处理工序。本发明专利技术具有在零下40度的环境下六分钟可以充电到总电池容量的90%，同时还具备超高的循环性能和低内阻的优点。

Method for preparing graphene low temperature battery

Method for preparing graphene low temperature battery. The present invention relates to a battery of lithium titanate anode system. The existing rechargeable battery can only reach the total battery capacity of 50-70% at low temperature. The present invention includes: the lithium manganate cathode conductive agent, binder and preparation of coated battery anode piece required by slurry; slurry containing conductive graphene conductive agent prepared were required for battery pole piece coating anode slurry coating; positive and negative cells, and positive and negative electrodes on both sides were set aside air foil battery; cathode and cathode sheet rolling and shearing; battery assembly; battery and postprocessing procedures. The invention has the advantages that the device can charge 90% of the total battery capacity at a temperature of minus 40 degrees, and has the advantages of high cycle performance and low internal resistance.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种锂离子电池制备方法，特别涉及一种石墨烯低温电池的制备方法。
技术介绍
：钛酸锂电池由于先天材料上面的优势，导致其循环性能良好，充电性能优异。但是根据钛酸锂电池负极的特点，目前其导电性能差(特别是在低温时)，是我们必须要面对的问题，而目前的解决方案是通过提高导电剂含量来实现，这种方案尽管可行，但无形当中会降低电池体系的重量比能量。石墨烯由于其导电性能好，以及硬度和韧性优异，它与钛酸锂的复合可以有效的提高电池材料的活性物质比，更重要的是在提高倍率性能的同时可以提高其低温以及循环性能。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种石墨烯低温电池的制备方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：石墨烯低温电池的制备方法，所述方法通过以下步骤实现：步骤一、通过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂进行涂敷电池正极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；步骤二、通过溶胶-凝胶法将石墨烯与钛酸锂负极材料复合，再在导电剂中加入石墨烯，结合粘结剂进行涂敷电池负极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；步骤三、利用步骤一和步骤二制成的浆料分别进行电池正、负极的涂布工序，且正、负极极片的上下两侧均留出空箔；步骤四、进行电池正极极片和负极极片的碾压与剪切工序；步骤五、进行电池的装配工序：电池正极极片和负极极片的烘干、卷绕、连接块和集流体的焊接、极组与集流体的焊接、盖子与连接快的焊接、入壳、滚槽翻边、壳子与连接块的焊接、干燥罐密封检测、烘干、注液和外壳清洗烘干的工序；步骤六、进行电池化成和后处理工序：依次进行化成、高温老化、后处理、排气、二次清洗烘干、封口焊接、充电、老化、内阻检测和放电分容的工序。有益效果：本专利技术使用锰酸锂/三元-钛酸锂电池（LiMn2O4/三元—Li4Ti5O12）首先将负极钛酸锂离材料与石墨烯（中博鑫源公司提供的单层石墨—使用爆破法)进行复合再结合石墨烯技术和箔极耳技术来实现锰酸锂-钛酸锂电池低温放电性能同时保证其循环性能。具体通过以下方法实现，1.利用溶胶-凝胶法来实现石墨烯与钛酸锂负极材料的复合。2.除了石墨烯与钛酸锂复合外，我们还在导电剂中引入石墨烯来提高其导电性能进而提高其低温倍率性能。综上所述，当我们在锰酸锂-钛酸锂电池中综合利用以上技术时，材料的倍率性能和快充性能有了很大的提高。3.我们采用纸隔膜来提高电池的可靠性，可以解决其低温配组的一致性。4.为提高性能，我们辅助于箔极耳工艺，这就使得电池的内阻降低原先的五分之一，避免了传统的极耳发热量过高的缺点。通过石墨烯快充电池的电池系统以及制造工艺，该电池利用石墨烯对负极的钛酸锂离子电池进行改性，该技术不但克服了负极导电性能低的缺点，而且具有非常优异的充电性能，六分钟可以充电到90%的容量。同时还具备超高的循环性能，同时还强化了其低温的优势本专利技术用于电池动力和储能领域，利用其高循环和快充技术可以用在电动汽车，电动自行车，石油平台等动力设备。由于其抗脉冲能力极强，可以消除电网上面的波峰，这就能保证其很好的用在电网领域。而且我们以中博鑫源公司生产的单层的石墨烯原材料实现了石墨烯和钛酸锂复合，经过实验很好的解决了这个问题。本专利技术将石墨烯技术，箔极耳技术，纸隔膜和低温电解液这几项技术有机的结合起来，制备出性能优异的钛酸锂电池同时满足于低温，常温，和高温的性能。其中，低温零下40都放电和常温快充以及高温循环在目前的技术上达到了一个新的高度。如常温10℃即6min充电容量可以达到惊人的94.3%，在低温零下40都度5倍率放电时，容量保持率超过了80%，这些性能指标超过了目前市场上的同类产品。其中，石墨烯对于提高电芯的导电性能具有非常重要的意义，可以解决钛酸离负极电导率过低的瓶颈。箔极耳朵技术可以最大程度上降低电芯的内阻，内阻可以降到传统内阻的五分之一到十分之一，这可以有效的提高其常温，低温和高温的循环性能。纸隔膜可以耐温到200度，这就保证了电池在高温的安性，可靠性，自放电也能基本解决。低熔点电解液的应用除了提高钛酸锂电池在低温条件下的优异的充电和放电性能之外，最大的作用体现于解决了钛酸离电池的产气问题，避免产气导致的钛酸离体系电池性能严重下降的缺点。以上的几种技术上的综合应用，在测试数据中得到体现。将这四项技术综合应用的锰酸锂/三元——钛酸锂体系的电池中，并且取得了非常好的效果。附图说明：图1所示的常温条件下的放电倍率情况图2所示的常温条件下的充电倍率情况图3所示的低温0℃度低温放电情况图4所示的-10℃度低温放电情况图5所示的-20℃度低温放电情况图6所示的-20℃度低温放电情况图7所示的-40℃度低温放电情况图8所示的常温5倍率充电/5倍率放电的循环性能情况如图9所示的高温60度条件下3倍率充电/3倍率放电的循环性能情况附图10是本专利技术的制备流程图。具体实施方式：具体实施方式一：本实施方式的石墨烯低温电池的制备方法，如图6所示，所述方法通过以下步骤实现：步骤一、通过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂进行涂敷电池正极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；步骤二、通过溶胶-凝胶法将石墨烯与钛酸锂负极材料复合，再在导电剂中加入石墨烯，结合粘结剂进行涂敷电池负极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；其中，石墨烯与钛酸锂负极材料复合，是将钛酸四丁酯、石墨烯（单层）、P123、叔丁醇配成钛源分散液，以二水醋酸锂、去离子水和叔丁醇配成锂源溶液，将混合的钛源分散液转移至微波反应器中并加热至回流，加入锂源溶液，反应一定时间，冷却，去除溶剂，然后干燥得到石墨烯基钛酸锂前驱体。得到的石墨烯基钛酸锂前驱体放置管式炉中，在惰性气体保护下一定温度煅烧一定时间，得到石墨烯/钛酸锂复合材料；步骤三、利用步骤一和步骤二制成的浆料分别进行电池正、负极的涂布工序，且正、负极极片的上下两侧均留出空箔，为了方便后面的箔极耳工序；步骤四、进行电池正极极片和负极极片的碾压与剪切工序；步骤五、进行电池的装配工序：电池正极极片和负极极片的烘干、卷绕、连接块和集流体的焊接、极组与集流体的焊接、盖子与连接快的焊接、入壳、滚槽翻边、壳子与连接块的焊接、干燥罐密封检测、烘干、注液和外壳清洗烘干的工序；步骤六、进行电池化成和后处理工序：依次进行化成、高温老化、后处理、排气、二次清洗烘干、封口焊接、充电、老化、内阻检测和放电分容的工序。锰酸锂-钛酸锂，即LiMn2O4—本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：步骤一、通过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂进行涂敷电池正极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；步骤二、通过溶胶‑凝胶法将石墨烯与钛酸锂负极材料复合，再在导电剂中加入石墨烯，结合粘结剂进行涂敷电池负极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；步骤三、利用步骤一和步骤二制成的浆料分别进行电池正、负极的涂布工序，且正、负极极片的上下两侧均留出空箔；步骤四、进行电池正极极片和负极极片的碾压与剪切工序；步骤五、进行电池的装配工序：电池正极极片和负极极片的烘干、卷绕、连接块和集流体的焊接、极组与集流体的焊接、盖子与连接快的焊接、入壳、滚槽翻边、壳子与连接块的焊接、干燥罐密封检测、烘干、注液和外壳清洗烘干的工序；步骤六、进行电池化成和后处理工序：依次进行化成、高温老化、后处理、排气、二次清洗烘干、封口焊接、充电、老化、内阻检测和放电分容的工序。

【技术特征摘要】
1.石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、通过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂进行涂敷电池正极极片所需浆料的匀浆
工序，制得浆料后，准备涂布；
步骤二、通过溶胶-凝胶法将石墨烯与钛酸锂负极材料复合，再在导电剂中加入石墨
烯，结合粘结剂进行涂敷电池负极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料后，准备涂布；
步骤三、利用步骤一和步骤二制成的浆料分别进行电池正、负极的涂布工序，且正、负
极极片的上下两侧均留出空箔；
步骤四、进行电池正极极片和负极极片的碾压与剪切工序；
步骤五、进行电池的装配工序：电池正极极片和负极极片的烘干、卷绕、连接块和集流
体的焊接、极组与集流体的焊接、盖子与连接快的焊接、入壳、滚槽翻边、壳子与连接块的焊
接、干燥罐密封检测、烘干、注液和外壳清洗烘干的工序；
步骤六、进行电池化成和后处理工序：依次进行化成、高温老化、后处理、排气、二次清
洗烘干、封口焊接、充电、老化、内阻检测和放电分容的工序。
2.根据权利要求1所述的石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于：所述粘结剂选为
PVDF-1700型粘结剂。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于：步骤一所述通
过锰酸锂正极、粘结剂以及导电剂进行涂敷电池正极极片所需浆料的匀浆工序，制得浆料
的过程为，选用份数为90-98%左右的锰酸锂、份数为2-4%左右粘的结剂和份数为2-4%左右
的导电剂一起放在混料罐中，以30r/min的搅拌速度进行混合，之后将PVDF-1700型固体含
量为8%左右的粘结剂三次加入：第一次加入总胶液的15-25%左右，在3000r/min的转速下进
行1-2小时的搅拌，直到浆料呈现面团状；之后打开混料罐进行刮料，然后加入总粘结剂的
20%-30%左右，在3000r/min的转速下1-2小时使得浆料初步混匀，呈现浆糊状；之后打开混
料罐进行刮料，将剩余的粘结剂放入，在3000r/min的转速下进行1小时左右的搅拌，使得浆
料混匀，调节NMP调节浆料的粘度为4500cps左右，之后抽真空1小时，之后用200目过滤网或
者分散机过滤，制备出正极极片所需浆料；NMP是指N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求3所述的石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于：步骤二所述通过负
极钛酸锂、粘结剂以及含有导电石墨烯浆料的导电剂进行涂敷电池负极极片所需浆料的匀
浆工序，制得浆料的过程为，选用份数为90-95%左右的钛酸锂、份数为2-10%左右的PVDF-
1700型粘结剂、份数为5-10%左右含有导电石墨烯浆料的导电剂一起放在混料罐中，以30r/
min的搅拌速度进行混合，之后将PVDF-1700型固体含量为8%左右的粘结剂分三次加入：第
一次加入总胶液的15-25%左右，在3000r/min的转速下进行1-2小时的搅拌，直到浆料呈现
面团状；之后打开混料罐进行刮料，然后加入总粘结剂的20%-30%左右，在3000r/min的转速
下1-2小时使得浆料初步混匀，呈现浆糊状；之后打开混料罐进行刮料，将剩余的粘结剂放
入，在3000r/min的转速下进行1小时左右的搅拌，使得浆料混匀，调节NMP调节浆料的粘度
为3000cps左右，之后抽真空1小时，之后用200目过滤网或者分散机过滤，制备出正极极片
所需浆料；NMP是指N-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1、2或4所述的石墨烯低温电池的制备方法，其特征在于：所述含有导
电石墨烯浆料的导电剂中具有含量为ECP、导电石墨烯浆料和KS-6导电剂的用量1：2.5:
1.5。
6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，
申请(专利权)人：张博，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23