[发明专利]石墨烯超低温动力锂电池

说明书

本发明公开一种石墨烯超低温动力锂电池，包括：电池外壳、负极绝缘片、电芯、正极绝缘片及盖帽。电芯包括正极极片、负极极片及隔膜。正极极片包括正极集流体及分别设置于正极集流体两侧面的正极材料涂层，正极材料涂层由正极材料混合物涂覆于正极集流体表面制成，正极材料混合物包含纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、正极混合导电剂以及正极溶剂。其中，纳米颗粒正极材料为磷酸铁锂纳米颗粒，正极混合导电剂中按重量份数计包含：97～99份正极导电剂基料、0.2～0.4份石墨烯、0.2～0.4份SP、以及0.2～0.4份KS‑6。

技术领域

本发明属于充电电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池。

背景技术

磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂为橄榄石结构，具有优良的耐过充过放性能，被广泛应用于动力电池领域，磷酸铁锂以其高安全性、长循环寿命、价廉和环保等优点被认为是目前最有发展前景的锂离子动力电池用正极活性材料。

然而低温性能一直是磷酸铁锂动力电池的瓶颈，与其它正极活性材料相比，磷酸铁锂材料固有的导电能力差的缺陷，极大的限制了其在低温下的动力学特性。磷酸铁锂电池在温度较低的情况下，不但其磷酸铁锂材料本身导电性能急剧下降，而且其电解液的粘度大幅度增大，电池工作时电解液的渗透性变差、离子的传质速度变慢，故其放电效率大幅度降低。

围绕磷酸铁锂的研究主要集中于提高其离子扩散速率和电子导电性两个方面，通过提高磷酸铁锂的比表面积、对磷酸铁锂进行包覆或参杂显著提高了其离子和电子导电性，能使其在室温条件下的动力学特性有了显著提高，达到了实用化要求。传统解决低温问题方法主要集中于正负极材料的纳米化、功能低温电解液优化等方面，使用环境很难突破-20℃，放电倍率在0.5c左右。当前解决磷酸铁锂电池低温性能的主要方法有：采用低熔点溶剂电解液法和正负极材料纳米化法，现有的技术方法从材料优化方面入手，在一定程度上改善了磷酸铁锂电池的低温性能，但其使用温度仍很难突破-20℃，大大限制了动力电池在中国北方以西欧等地方的推广和使用。

CNTs又名碳纳米管，作为一维纳米材料，其重量轻且六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管是具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。

碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。

碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯作为新型材料，具有超高的比表面和超强的导电性。高比表面特性导致石墨烯具有大的DBP值，吸液和保液能力是一般导电剂无法比拟的。石墨烯常温下电子迁移率超过15000cm2/V·s，比纳米碳管或硅晶体高，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。而石墨烯的电阻率只约为1Ω·m，比铜或银更低，为世界上电阻率最小、导电性最好的材料。