石墨烯基锂离子电池的化成方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯基锂离子电池的化成方法及其应用，涉及锂离子电池的技术领域，包括：采用第一电流，恒流充电至锂离子电池的50

【技术实现步骤摘要】
石墨烯基锂离子电池的化成方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池的
，尤其是涉及一种石墨烯基锂离子电池的化成方法及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种高效的储能系统，在电子设备和汽车中得到了广泛的应用。为了满足更高的能源密度需求，常通过选择高电位正极材料来提高电池电压，或减少导电剂用量来提高活性物质比容量来增加电池的质量能量密度。因此，高电压锂离子电池的技术开发一直是研究的热点和重点方向。
[0003]新型导电剂石墨烯的电子导电性能优异，而且比表面积高，有助于在正极表面形成良好的导电网络，同时其在正极材料中添加比例少，因此是较为理想的正极材料用导电剂。而目前的电池化成工艺主要还是围绕负极SEI膜的形成而设计，其SEI膜的形成电位往往在4.2V以下，而此时的化成电压对于高电压石墨烯基锂离子电池来说，其正极表面生成的SEI膜并不稳定。因为石墨烯巨大的比表面积及其表面的无序结构、孔洞缺陷以及氧基官能团，导致其在高电位下的稳定性较差，其也为电解质和溶剂的氧化提供了大量的活性位点，也有助于亲水位点的产生，增加对水分子的吸附，从而加速电解质、溶剂和石墨烯及其复合导电剂的氧化，生成CO和CO2气体。随着电池的长期循环可以稳定钝化膜，但也同时产生了更多的气体，而气体最终残留在了电池体内，导致电池逐渐发生膨胀、变形以及恶化电池性能，长期使用可能还会引发电池漏液等安全隐患，而在高电压条件下，这种情况将被进一步放大。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种石墨烯基锂离子电池的化成方法，不仅能够在负极表面形成稳定、致密的SEI膜，而且还能够在正极表面形成稳定、致密的SEI膜，有效减少了电池在后期使用过程中出现的产气、循环寿命差等的情况。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种所述的化成方法在锂离子电池生产中的应用。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]第一方面，一种石墨烯基锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
[0009]a、采用第一电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的50
‑
60％SOC；
[0010]b、采用第二电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的80
‑
90％SOC；
[0011]c、采用第三电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的充电上限电压，得到化成的石墨烯基锂离子电池；
[0012]所述第一电流为0.05
‑
0.5C；所述第二电流为0.1
‑
1C；所述第三电流为0.05
‑
0.5C。
[0013]进一步的，所述化成方法还包括在第三电流恒流充电后，采用恒压方式，以涓流的方式继续为石墨烯基锂离子电池充电，得到化成的石墨烯基锂离子电池；
[0014]所述恒压为石墨烯基锂离子电池的充电上限电压，恒压的时间为0.5
‑
2h；
[0015]优选地，所述石墨烯基锂离子电池的电压在4.3
‑
5V之间。
[0016]进一步的，所述化成方法还包括对所述化成的石墨烯基锂离子电池进行老化的步骤。
[0017]进一步的，所述老化的温度为40
‑
45℃，老化的时间为48
‑
72h。
[0018]进一步的，所述石墨烯基锂离子电池的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、二元镍锰、镍钴铝以及层状富锂锰基中的至少一种。
[0019]进一步的，所述石墨烯基锂离子电池的正极片的制备方法包括以下步骤：
[0020]将所述正极材料、第一导电剂以及第一粘结剂在第一有机溶剂中混合，得到第一浆料，再涂布干燥，之后辊压和裁切，得到正极片；
[0021]优选地，正极材料、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比例为97
‑
99：0.5
‑
1.5：0.5
‑
1.5；
[0022]优选地，所述第一导电剂包括石墨烯和石墨烯复合物中的至少一种；
[0023]优选地，所述石墨烯复合物包括石墨烯与纳米碳黑的复合物、石墨烯与碳纳米管的复合物，以及石墨烯与纳米碳黑和碳纳米管的复合物中的至少一种；
[0024]优选地，所述石墨烯包括氧化还原石墨烯；
[0025]优选地，所述第一粘结剂包括聚偏二氟乙烯；
[0026]优选地，所述第一有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0027]进一步的，所述氧化还原石墨烯的碳含量在98％以上，片层厚度在3nm以下，比表面积在300m2/g以上，粒径D50在2
‑
10um之间。
[0028]进一步的，所述石墨烯基锂离子电池的负极材料包括碳材料和硅碳复合材料中的至少一种；
[0029]优选地，所述碳材料包括人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳以及中间相碳微球中的至少一种。
[0030]进一步的，所述石墨烯基锂离子电池的负极片的制备方法包括以下步骤：
[0031]将所述负极材料、第二导电剂、第二粘结剂以及任选的添加剂在第二有机溶剂中混合，得到第二浆料，再涂布干燥，之后辊压和裁切，得到负极片；
[0032]优选地，负极材料、第二导电剂以及第二粘结剂的质量比例为94
‑
97：1
‑
2：2
‑
4；
[0033]优选地，所述第二导电剂包括纳米碳黑、碳纳米管和石墨烯；
[0034]优选地，所述第二粘结剂包括聚偏二氟乙烯；
[0035]优选地，所述第二有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮；
[0036]优选地，所述添加剂包括草酸。
[0037]第二方面，一种上述任一项所述的化成方法在锂离子电池生产中的应用。
[0038]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0039]本专利技术提供的石墨烯基锂离子电池的化成方法，包括四个阶段，具体为：第一阶段，采用0.05
‑
0.5C进行恒流充电至50
‑
60％SOC，第一阶段化成工艺的作用在于使负极电极表面形成稳定、致密的SEI膜；第二阶段，采用0.1
‑
1C进行恒流充电至80
‑
90％SOC，第二阶段化成工艺的作用在于使电池内部游离的微量水分或电极材料吸附的水分进行氧化分解，以消除水分对电解液的影响；第三阶段，采用0.05
‑
0.5C进行恒流充电至电池充电上限电压，
0.05
‑
0.5C范围内的电流充电，能够延长正极电极在高电位的反应时间，使石墨烯或及其复合导电剂表面的含氧基团能够得到充分的反应，以保障正极电极表面SEI膜的成分稳定，第三阶段化成工艺的作用在于使石墨烯或其复合导电剂的表面基团或电解质发生氧化，进而在正极表面上生成稳定且致密的SEI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：a、采用第一电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的50
‑
60％SOC；b、采用第二电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的80
‑
90％SOC；c、采用第三电流，恒流充电至石墨烯基锂离子电池的充电上限电压，得到化成的石墨烯基锂离子电池；所述第一电流为0.05
‑
0.5C；所述第二电流为0.1
‑
1C；所述第三电流为0.05
‑
0.5C。2.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述化成方法还包括在第三电流恒流充电后，采用恒压方式，以涓流的方式继续为石墨烯基锂离子电池充电，得到化成的石墨烯基锂离子电池；所述恒压为石墨烯基锂离子电池的充电上限电压，恒压的时间为0.5
‑
2h；优选地，所述石墨烯基锂离子电池的电压在4.3
‑
5V之间。3.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，还包括对所述化成的石墨烯基锂离子电池进行老化的步骤。4.根据权利要求3所述的化成方法，其特征在于，所述老化的温度为40
‑
45℃，老化的时间为48
‑
72h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的化成方法，其特征在于，所述石墨烯基锂离子电池的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、二元镍锰、镍钴铝以及层状富锂锰基中的至少一种。6.根据权利要求5所述的化成方法，其特征在于，所述石墨烯基锂离子电池的正极片的制备方法包括以下步骤：将所述正极材料、第一导电剂以及第一粘结剂在第一有机溶剂中混合，得到第一浆料，再涂布干燥，之后辊压和裁切，得到正极片；优选地，正极材料、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比例为97...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，汤小辉，梁惠明，陈其赞，彭杨城，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：