锂离子电池导电添加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池导电添加剂及其制备方法，解决的技术问题是提高锂离子电池正、负极材料的导电性能和循环寿命。本发明的锂离子电池导电添加剂为石墨烯，为粒径分布于10nm-100μm间的黑色粉末，是由单层-1000层相平行或接近于平行的石墨烯片层构成的碳质材料。制备方法：氧化、剥离还原。本发明与现有技术相比，具有更高的电导率，将其应用于电极材料中，仅仅使用很少的添加量就能够大幅提高现有电池的性能，该材料作为导电添加剂，导电性能良好，易于分散，能够有效增强锂离子电池电极材料的导电性能和倍率充放电性能，提高循环寿命，其制备方法对原料和设备的要求较低，工艺过程容易控制，适合工业化生产。

主权项

一种锂离子电池导电添加剂，其特征在于：所述锂离子电池导电添加剂为石墨烯，为粒径分布于10nm‑100μm间的黑色粉末，是由单层‑1000层相平行或接近于平行的石墨烯片层构成的碳质材料，比表面积为50‑1500m²/g，电导率为1×10⁴‑9×10⁴S/m； 所述锂离子电池导电添加剂采用以下制备方法得到，包括以下步骤：一、将强酸性溶液冷却至0‑4℃，将碳含量在94%以上的天然鳞片石墨粉、硝酸钾和/或硝酸钠的混合物加入强酸性溶液中，在60‑3000rpm的搅拌速度下，加入强氧化剂高锰酸钾后，继续搅拌0.5‑12h，将该混合物温度控制在32‑38℃范围内，再继续搅拌0.5‑12h，加入体积0.5‑4倍于所使用的强酸性溶液的去离子水，使该混合物体系温度控制在85‑100℃，继续搅拌15min‑2h后，加入去离子水使混合物体系的体积增加1‑2倍，再加入过氧化氢溶液，搅拌混合均匀后进行过滤，洗涤，至滤液中无SO₄^2‑离子，在50‑120℃、大气或真空条件下保持2‑96h，得到氧化石墨粉末；所述石墨粉:强酸性溶液:硝酸盐:强氧化剂:过氧化氢质量比为：1:10‑50:0.5‑2:30‑60:1‑5；二、将氧化石墨粉末用氮气、氦气或氩气排除空气，随后在真空度低于大气压条件下，以5‑100℃/min的升温速度至200‑1000℃，保持5min‑24h，然后自然冷却至室温，得到剥离的氧化石墨烯粉末；或按质量比1:2‑20，将氧化石墨粉末分散于去离子水或乙醇中，在超声波频率20‑25kHz、功率密度30‑650W/cm²、温度4‑50℃条件下超声振荡处理5min‑5h，得到剥离的氧化石墨烯溶液；或按质量比1:2‑20，将氧化石墨粉末分散于去离子水或乙醇中，在 1000‑8000rpm的转速下搅拌10min‑5h，得到剥离的氧化石墨烯溶液；三、将剥离的氧化石墨烯粉末，或剥离的氧化石墨烯溶液加入到液体还原剂溶液中，剥离的氧化石墨烯粉末与液体还原剂的质量比为1:0.5‑10，在0‑70℃的水浴温度下保持0.5‑24小时，然后过滤，洗涤，在50‑120℃、大气或真空条件下保持2‑96h，得到锂离子电池导电添加剂；或将剥离的氧化石墨粉末用氮气、氦气或氩气排除空气，随后以5‑100℃/min的升温速度至200‑1000℃，将氮气、氦气或氩气切换为还原性气体，流量为10ml/min‑10L/min，在该温度下保持5min‑24h，然后自然冷却至室温，得到锂离子电池导电添加剂。