石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组技术

本发明专利技术公开了石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组，所述方法首先以制备得到的炭包覆的硅/石墨烯复合材料为负极活性材料，再经混料、涂覆、辊压以及烘干处理，得到负极极片。所述石墨烯锂离子电池组中的电池单体采用本申请提供的方法制备得到的负极极片，并以掺杂硬碳的改性石墨为正极活性材料，再采用高电压、高电导率、不腐蚀且有利于低温性能的电解液，得到的电池组具有容量大，充电速度快，寿命长，续航里程长，导电率高，低温性能好等优点，解决了传统锂离子电池容量低，危险易污染，性能差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组
本申请涉及锂离子电池制造
，尤其涉及一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组。
技术介绍
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在电极中的埋嵌和逸离来工作。充电时，锂离子从正极脱嵌后，阳离子e+经过电解液输送到负极；放电时则相反。这个过程形成的离子流(阴、阳离子)即为电流。由于汽车尾气的排放是造成环境污染的重要因素。随着人类的环境保护意识日益增强，电动环保汽车成为替代燃油汽车的最佳选择，锂离子电池作为电动汽车的动力之源被寄予厚望。目前，传统的高电压正极材料有钴酸锂、镍锰酸锂、磷酸锰锂和富含锂锰基层状固溶体，上述正极材料的充电电压均在4V以下。对于常用的基于碳酸酯溶剂和LiFP6溶质的电解液而言，当充电电压达到4.3V时，会在高氧化性正极材料表面发生不可逆的氧化分解反应，放热，电池出现胀气，不仅引起电池循环寿命和储存性能的恶化，还存在易燃易爆等安全隐患。因此，随着锂离子电池在电动汽车中应用的日益广泛，现有锂离子电池正、负极材料、电解液以及常规电池设计的弊端也逐渐显现出来，例如，易燃、易爆、污染严重、不能深放电，循环性能和倍率性能差等等。
技术实现思路
本申请提供了一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组，以解决传统锂离子电池性能差且危险易污染的问题。根据本申请实施例的第一方面，提供一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法，包括：步骤S110：以天然鳞片石墨为原料，以浓硫酸、高锰酸钾以及碳酸钠为氧化剂，采用氧化还原法，制备氧化石墨烯；步骤S120：将所述氧化石墨烯、纳米级二氧化硅以及氢氟酸按照(50-150)：(40-60)：(10-50)的质量比混合；步骤S130：对所述步骤S120得到的混合物进行热处理，得到石墨烯/二氧化硅材料；步骤S140：将所述石墨烯/二氧化硅材料置于离心分离机中，离心除去二氧化硅，得到弯曲石墨烯；步骤S150：将所述弯曲石墨烯与纳米级硅按照1:(2-3)的质量比研磨混合，并掺杂质量分数为15％-20％的软碳，得到硅/石墨烯复合材料；步骤S160：对所述硅/石墨烯复合材料进行炭包覆，得到负极活性材料；步骤S170：将所述负极活性材料、导电剂以及超强粘结剂按照90:4:(5-6)的质量比混合，得到负极活性材料的浆料；将所述浆料双面涂覆于负极铜箔集流体上，经辊压及烘干处理后，得到石墨烯锂离子电池负极极片。结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，对硅/石墨烯复合材料进行炭包覆包括：步骤S161：将所述硅/石墨烯复合材料与乳化沥青按照1:(0.5-1)的质量比混合均匀；步骤S162：将所述步骤S161得到的混合料进行喷雾干燥，得到球状颗粒；所述喷雾干燥的入口温度为300℃，出口温度为110℃，雾化频率为250kHz；步骤S163：将所述球状颗粒置于900℃的惰性气体环境中，炭化烧结2小时，冷却，得到炭包覆的负极活性材料。结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，对步骤S120得到的混合物进行热处理包括：将所述步骤S120得到的混合物置于800℃的氮气环境中，保温3小时，以每分钟降温50℃的速度冷却至环境温度。由以上技术方案可知，本申请提供一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法，所述方法以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备得到氧化石墨烯，其衍射峰明显强于普通石墨粉的衍射峰，化学性能优于普通石墨粉，并且粒径小，表面积大，分散度大，有利于提高锂离子电池的容量；所述方法对氧化石墨烯与二氧化硅的混合物进行热处理，除去二氧化硅，得到弯曲石墨烯；再将弯曲石墨烯与纳米级硅混合，掺杂软碳，制备硅/石墨烯复合材料，再对其进行炭包覆处理。经炭包覆处理的硅/石墨烯复合材料呈“核壳结构”，不仅能够提高电池的容量，而且坚硬的石墨烯网状结构还能够缓冲充放电过程中硅的体积膨胀。作为负极活性材料，炭包覆的硅/石墨烯复合材料具有巨大的比表面积和容量，高导电率，其中掺杂的软碳有利于降低电池的最低启动温度。因此，采用本申请提供的方法制备的负极极片，在应用于石墨烯锂离子电池时，使得电池具有高导电率，高容量，性能优越等优势。根据本申请实施例的第二方面，提供一种石墨烯锂离子电池组，包括壳体和若干并联的石墨烯锂离子电池单体，所述电池单体包括单体壳体、电芯组件和电解液；所述单体壳体上端设有壳体盖，所述电解液和所述电芯组件均位于所述单体壳体与所述壳体盖组成的腔体内；所述电芯组件包括正极极片、本申请第一方面提供的方法得到的负极极片以及两片锂离子电池隔膜；所述正极极片包括正极铝箔集流体及双面涂覆于所述正极铝箔集流体上的正极微孔材料层；所述正极极片与所述单体壳体的侧壁间设有间隔；所述负极极片包括负极铜箔集流体及上面涂覆于所述负极铜箔集流体上的负极微孔材料层；所述负极极片与所述单体壳体的侧壁间设有间隔；所述壳体盖上分别设有与所述正极铝箔集流体连接的正极极柱和与所述负极铜箔集流体连接的负极极柱；两片所述锂离子电池隔膜间隔设置于所述正极极片与所述负极极片之间；所述壳体盖上还设有出气阀；所述出气阀采用环氧树脂密封；所述单体壳体采用铝塑深冲成型。结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述壳体底部贴合设置有加热套；所述加热套用于加热所述电池组；所述加热套包括固定板和若干半导体加热件；所述半导体加热件固定嵌于所述固定板上；所述壳体外侧设有逆变器；所述半导体加热件与所述石墨烯锂离子电池通过所述逆变器连接。结合第二方面或第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述壳体内侧设有温度传感器，所述温度传感器与用电设备的处理器连接；所述温度传感器用于检测所述电池单体所处的当前环境温度。结合第二方面，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述电解液包括：60-65质量份的二氟草酸硼酸锂、30-35质量份的三氟甲基磺酰亚胺锂、10-15质量份的碳酸乙烯亚乙酯、1-2质量份的磺酸甘油和1-3质量份的硫酸乙烯酯。结合第二方面或第二方面前述三种可能的实现方式中的任一种，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述正极极片采用如下方法制备而成：步骤S210：提供纳米级石墨；步骤S220：对所述纳米级石墨进行喷雾干燥处理，得到球状改性石墨；步骤S230：将所述改性石墨与硬碳按照8:(1-2)的质量比混合均匀，得到正极活性材料；步骤S240：将所述正极活性材料、导电剂和粘结剂按照92:4:4的质量比混合，得到正极活性材料的浆料；将所述浆料双面涂覆于正极铝箔集流体上，经辊压及烘干处理，得到石墨烯锂离子电池的正极极片。可选地，所述喷雾干燥过程的进口温度为300℃，出口温度为110℃。由以上技术方案可知，本申请第二方面提供一种石墨烯锂离子电池组，所述电池组的电池单体采用本申请第一方面提供的方法制备得到的负极极片，并以掺杂硬碳的改性石墨为正极活性材料，采用高电压、高电导率、不腐蚀且有利于低温性能的电解液；具有容量大，充电速度快，寿命长，续航里程长，导电率高，低温性能好等优点，解决了传统锂离子电池容量低，危险易污染，性能差的技术问题。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括：步骤S110：以天然鳞片石墨为原料，以浓硫酸、高锰酸钾以及碳酸钠为氧化剂，采用氧化还原法，制备氧化石墨烯；步骤S120：将所述氧化石墨烯、纳米级二氧化硅以及氢氟酸按照(50‑150)：(40‑60)：(10‑50)的质量比混合；步骤S130：对所述步骤S120得到的混合物进行热处理，得到石墨烯/二氧化硅材料；步骤S140：将所述石墨烯/二氧化硅材料置于离心分离机中，离心除去二氧化硅，得到弯曲石墨烯；步骤S150：将所述弯曲石墨烯与纳米级硅按照1:(2‑3)的质量比研磨混合，并掺杂质量分数为15％‑20％的软碳，得到硅/石墨烯复合材料；步骤S160：对所述硅/石墨烯复合材料进行炭包覆，得到负极活性材料；步骤S170：将所述负极活性材料、导电剂以及超强粘结剂按照90:4:(5‑6)的质量比混合，得到负极活性材料的浆料；将所述浆料双面涂覆于负极铜箔集流体上，经辊压及烘干处理后，得到石墨烯锂离子电池负极极片。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括：步骤S110：以天然鳞片石墨为原料，以浓硫酸、高锰酸钾以及碳酸钠为氧化剂，采用氧化还原法，制备氧化石墨烯；步骤S120：将所述氧化石墨烯、纳米级二氧化硅以及氢氟酸按照(50-150)：(40-60)：(10-50)的质量比混合；步骤S130：对所述步骤S120得到的混合物进行热处理，得到石墨烯/二氧化硅材料；步骤S140：将所述石墨烯/二氧化硅材料置于离心分离机中，离心除去二氧化硅，得到弯曲石墨烯；步骤S150：将所述弯曲石墨烯与纳米级硅按照1:(2-3)的质量比研磨混合，并掺杂质量分数为15％-20％的软碳，得到硅/石墨烯复合材料；步骤S160：对所述硅/石墨烯复合材料进行炭包覆，得到负极活性材料；步骤S170：将所述负极活性材料、导电剂以及超强粘结剂按照90:4:(5-6)的质量比混合，得到负极活性材料的浆料；将所述浆料双面涂覆于负极铜箔集流体上，经辊压及烘干处理后，得到石墨烯锂离子电池负极极片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对硅/石墨烯复合材料进行炭包覆包括：步骤S161：将所述硅/石墨烯复合材料与乳化沥青按照1:(0.5-1)的质量比混合均匀；步骤S162：将所述步骤S161得到的混合料进行喷雾干燥，得到球状颗粒；所述喷雾干燥的入口温度为300℃，出口温度为110℃，雾化频率为250kHz；步骤S163：将所述球状颗粒置于900℃的惰性气体环境中，炭化烧结2小时，冷却，得到炭包覆的负极活性材料。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对步骤S120得到的混合物进行热处理包括：将所述步骤S120得到的混合物置于800℃的氮气环境中，保温3小时，以每分钟降温50℃的速度冷却至环境温度。4.一种石墨烯锂离子电池组，包括壳体和若干并联的石墨烯锂离子电池单体，所述电池单体包括单体壳体、电芯组件和电解液；所述单体壳体上端设有壳体盖，所述电解液和所述电芯组件均位于所述单体壳体与所述壳体盖组成的腔体内；其特征在于，所述电芯组件包括正...

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷祥，于恩华，张惠敏，
申请(专利权)人：张廷祥，于恩华，张惠敏，
类型：发明
国别省市：辽宁,21