[发明专利]一种扣式锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，更具体地，涉及一种扣式锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由单层sp2杂化碳原子组成的六方蜂巢状二维结构物质，自2004年首次报道独立存在以来，在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能，使之成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点。石墨烯中的每个碳原子都通过很强的δ键与靠近的三个碳原子相连接，这个很强的碳碳键使石墨烯具有很好的机械强度。同时，碳原子有四个价电子，这样石墨烯的每个碳原子都可以贡献出来一个未成键的价电子，与平面垂直的方向形成一个共轭离域的大π键，因此石墨烯具有优异的电子导电性。石墨烯还有以下特点：是一种没有能隙的半导体材料，载流子迁移率高，有可能替代硅成为集成电路的首选材料，良好的化学和热稳定性，优异的力学性能。石墨烯作为锂离子负极材料具有非常优异的电子导电性(电子迁移率15000cm2·V-1·S-1)和导热性(导热系数高达5300W·m-1·K-1)，前者保证了良好的电子传输通道，而后者确保了材料的稳定性；同时用于电极的石墨烯材料的二维尺寸可达纳米级别，使得锂离子在其中的迁移距离非常短，有助于提高电池的功率性能；高的理论比表面积(2600 m2·g-1)，良好的机械性能。这些特点都使石墨烯成为锂离子电池负极材料的首先研究材料。

但石墨烯作为锂离子电池负极材料也存在一些问题：①可以大规模制备的还原法得到的石墨烯具有较多的残余含氧官能团，不利于石墨烯的电子导电性，而且氧官能团的分解会使得石墨烯作为锂离子电池负极材料表现出的循环性能受到影响；②石墨烯很容易由于范德华力再重新堆积到一起，影响锂离子在石墨烯中的传输，进而导致石墨烯的倍率性能下降。

针对循环容量要求不高、对大倍率循环稳定性要就极高的超级电容器领域，目前还没有一款适合的扣式锂离子电池。

发明内容

本发明的要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，针对超级电容器领域，提供一种扣式锂离子电池，所述扣式锂离子电池循化容量一般但是大倍率循化稳定性极高。

本发明还提供一种扣式锂离子电池的制备方法，通过对石墨烯原料的成分分析，优选工艺和参数，从而得到所述石墨烯负极电极片，通过组装最终得到扣式锂离子电池。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种扣式锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采用石墨烯负极电极片作为原料进行电池组装；

S2.电池组装过程是在密闭氩气氛围的手套箱中进行；

S3.按2025正极壳→石墨烯负极电极片→聚丙烯(PP)隔膜→锂片→不锈钢垫片→弹簧片→2025负极壳自下而上的顺序依次放好，滴加电解液(六氟磷酸锂)、封口、组装成2025型扣式电池，活化以后得到扣式锂离子电池；

其中，所述石墨烯负极电极片的制备方法如下：

S11.以石墨烯为原料，进行喷雾干燥处理，得到石墨烯粉体，然后再对石墨烯粉体进行低温干燥处理；

S12.将步骤S1制备得到的石墨烯粉体作为负极活性材料，与粘合剂以质量比为95:50进行研磨，研磨时间为50s；

S13.然后加入NMP溶剂，继续研磨至均匀粘稠状，得到浆料；

S14.将步骤S3得到浆料均匀涂在铜箔中，采用真空干燥，除去电极片中的 NMP得到电极片；

S15.将步骤S4中的电极片冲成直径为16mm的原片；

步骤S11中所述石墨烯的元素种类为97.78wt％的C、0.96wt％的N和1.26wt％的O，与电导率呈正相关性的碳氧质量比为77.6，石墨烯的片层粒径为238nm、片层厚度为1.87nm。

优选地，步骤S2中所述手套箱内氧含量为0.01～5ppm。

优选地，步骤S2中所述手套箱内水含量为0.01～5ppm。

优选地，步骤S3中所述电解液为六氟磷酸锂。

优选地，步骤S3中所述活化时间为24h。

优选地，步骤S11中所述低温干燥的时间为24h，温度为75℃,所述石墨烯粉体的含水量为5％。

优选地，步骤S13中所述NMP溶剂的加入量为70Wt％。

优选地，步骤S14中所述真空干燥采用真空干燥箱，所述真空干燥温度为 60～80℃，恒温时间12h～24h。

提供一种采用上述制备方法制备得到的扣式锂离子电池，所述扣式锂离子电池应用于超级电容器领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：