[发明专利]一种石墨烯锂电池材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯锂电池材料及其制备方法，所述电池材料包括以下重量份数的原料：钛酸锂100份、石墨烯3‑6份、粘结剂0.5‑2份、稀土化合物0.5‑1.5份、分散剂2‑5份、消泡剂1‑3份和有机溶剂30‑50份。本发明制备的石墨烯锂电池，可将石墨烯与其他组分进行很好的混合分散，各组分的相容性好，电池具有电容量大、导电性能优异、使用寿命长、充电放电过程中不发热等优点，制备工艺简单、容易实现工业化生产，具有较好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体是一种石墨烯锂电池材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、环境友好等优异性能, 已经广泛应用于移动电话和笔记本电脑等便携式移动电器。作为动力电池，锂离子电池在电动自行车和电动汽车上也具有广泛的应用前景。锂离子电池虽然具有较高的比容量，但是制成电池后往往难以充分发挥其充放电的能力。主要是由于电极的内阻偏高导致电子传导能力较差，因此在电极制备中需要添加导电添加剂。现有技术导电添加剂主要为导电石墨、乙炔黑和碳纳米管作为导电剂，乙炔黑是由呈球形的无定形碳颗粒组成的链状物，是目前使用最为广泛的导电剂，价格低廉，但为了达到增强电极活性物质间相互接触的目的，所需要的添加量较大，从而造成电极容量的下降；碳纳米管是呈线型的一维碳质材料，与乙炔黑相比，碳纳米管具有更佳的导电性能且添加量少，但目前碳纳米管的价格昂贵，且作为导电剂使用时存在分散困难的缺点。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。石墨烯由于具有极高的比表面积、高的导电和导热性能、高的电荷迁移率，优异的力学性能，在航空航天、新能源电池的电池材料、传感器方面、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广阔的应用前景。但由于石墨烯浆料或者粉末在贮存和使用过程中存在不稳定、易团聚及相容性相差的难题，不能充分石墨烯材料的高比表面、高导电和高导热的性能优势，这一问题限制了石墨烯在电极材料领域的应用。

发明内容

本发明针对现有锂电池存在的问题，提供一种石墨烯锂电池材料及其制备方法。本发明的锂电池具有电容量大、石墨烯分散性好、导电性能优异、使用寿命长等优点。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现：

一种石墨烯锂电池材料，包括以下重量份数的原料：钛酸锂100份、石墨烯3-6份、粘结剂0.5-2份、稀土化合物0.5-1.5份、分散剂2-5份、消泡剂1-3份和有机溶剂30-50份；

所述粘结剂包括松香树脂、环氧树脂、聚丙烯酸酯和乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或多种组合物；

所述分散剂包括五水偏硅酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠、辛基酚聚氧乙烯醚和烷基萘磺酸钠中的一种或多种组合物；

所述消泡剂包括月桂醇聚乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和壬基酚聚氧化乙烯醚中的一种或多种组合物。

进一步地，所述稀土化合物包括氧化镧、硝酸铈、氧化铈和硫酸镧中的一种或多种组合物。

进一步地，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、氯仿和乙酸乙酯中的一种或多种组合物。

进一步地，所述石墨烯为三维石墨烯，

本发明还提供石墨烯锂电池材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将分散剂、消泡剂和石墨烯加入超声波搅拌器中，再加入有机溶剂，超声搅拌30-60min，得石墨烯分散液；

（2）将石墨烯分散液加入搅拌器，再加入粘结剂，搅拌10-20min，最后加入稀土化合物和钛酸锂，搅拌1-2h，再经过真空干燥，即得石墨烯锂电池材料。

进一步地，所述超声搅拌的频率为40-60kHZ。