一種含高導熱導電相變復合材料的鋰離子電池及導電劑制造技術

本發明專利技術公開了一種含高導熱導電相變復合材料的鋰離子電池及導電劑。該高導熱導電相變復合材料包含：多孔石墨烯基體，及，吸附在基體中的氧化石墨烯相變納米膠囊。本發明專利技術提供的高導熱導電相變復合材料兼具了石墨烯的高導熱、高導電特性以及氧化石墨烯的高導熱特性，具有導熱效率高，導電性能好，儲能量大的優點，用于高比能鋰離子電池中，不但可以快速吸收其在濫用測試時產生的大量熱量，同時氧化石墨烯具有阻燃的作用，大大增強了鋰離子電池在濫用測試時的安全性；而且石墨烯基體及氧化石墨烯壁材的高導熱特性，可對高比能鋰離子電池在使用過程中產生的熱量形成有效擴散，進而有效降低電池使用過程的溫升，提高電池的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋰離子電池
，涉及一種鋰離子電池，具體來說，涉及一種含高導熱導電相變復合材料的鋰離子電池，其為可以快速散熱的安全型鋰離子電池，同時由于在該電池使用過程中的溫度升高得到有效控制，電池的使用壽命得以提升。
技術介紹
隨著新能源汽車的不斷發展，鋰離子電池不斷受到追捧，同時新能源汽車對鋰離子電池的續航能力、使用壽命和安全性能也提出了越來越嚴格的要求。目前各鋰離子電池的生產單位已經為了滿足電動汽車對續航里程的要求，紛紛展開了用高比能量的正極材料替代磷酸鐵鋰的電池技術研究。然而高比能量的正極材料雖然能量密度比較高，但是熱穩定性不理想，在高溫下使用很不安全，尤其是濫用測試時，電池內部溫度過高，電池的安全很難保證，同時電池在正常使用過程中，溫度會升高，尤其是在夏天，電池溫度高、散熱慢，導致電池的使用壽命受到影響。現有安全技術主要采用電解液中添加阻燃添加劑、在電池結構設計中設置安全閥、采用陶瓷隔膜等方式作為防燃防爆的措施，但當濫用測試時，電池內部溫度仍然過高，不能保證單體電池的安全。單體電池的散熱方面，基本通過蓋板結構設計優化，通過降低極柱內阻減少發熱量，但是單體電池內部極片之間因為充放電產生的熱量不能有效擴散，導致電池使用溫度仍然過高，最終影響電池使用壽命。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服上述缺陷，而在電池配方設計中采用一種具有高比表面積高導電高導熱特性的相變復合材料替代傳統配方設計中的常規導電劑，以保證單體電池的安全，提尚電池的使用壽命。為了達到上述目的，本專利技術提供了一種高導熱導電相變復合材料導電劑，該高導熱導電相變復合材料包含: 多孔石墨稀基體，及， 吸附在基體中的氧化石墨烯相變納米膠囊。上述的高導熱導電相變復合材料導電劑，其中，所述的高導熱導電相變復合材料中，氧化石墨稀相變納米膠囊與多孔石墨稀的質量比為10000: 3~15。上述的高導熱導電相變復合材料導電劑，其中，所述的氧化石墨烯相變納米膠囊的壁材選擇氧化石墨稀，所述的氧化石墨稀相變納米膠囊的芯材選擇相變材料。上述的高導熱導電相變復合材料導電劑，其中，所述的相變材料選擇石蠟或硬脂酸或二者的混合。上述的高導熱導電相變復合材料導電劑，其中，所述的氧化石墨烯相變納米膠囊中，以重量百分數計，芯材的含量為99.8%，余量為壁材。上述的高導熱導電相變復合材料導電劑，其中，所述的氧化石墨烯相變納米膠囊的制備方法為:將相變材料加入氧化石墨烯溶液中，加熱至相變材料熔化，然后超聲分散2~4h，得到氧化石墨稀包裹相變材料的穩定乳液，再向上述乳液中加入硫酸調節pH值至2~3，使氧化石墨烯發生凝聚，冷卻成囊析出，得到氧化石墨烯相變納米膠囊。 本專利技術還提供了一種含有上述的高導熱導電相變復合材料導電劑的鋰離子電池，該鋰離子電池的正極片和/或負極片以高導熱導電相變復合材料作為導電劑。上述的鋰離子電池，其中，所述的正極片由含有高導熱導電相變復合材料的正極漿料涂覆在鋁箔上形成；所述的負極片由含有高導熱導電相變復合材料的負極漿料涂覆在銅箔上形成。上述的鋰離子電池，其中，所述正極漿料由活性物質、粘結劑、溶劑、作為導電劑的高導熱相變復合材料組成，其中，活性物質含量在90%~96%之間，粘結劑含量在2%~4%之間，高導熱導電相變復合材料含量在2。/『8%之間，以上均以重量百分數計；所述的正極漿料的活性物質選擇磷酸鐵鋰、鎳鈷猛三元材料或鎳鈷招二元材料中的任意一種。上述的鋰離子電池，其中，所述負極漿料由活性物質、粘結劑、溶劑、作為導電劑的高導熱相變復合材料組成；其中，所述的負極漿料中活性物質含量在90%~96%之間，粘結劑含量在2%~4%之間，作為導電劑的高導熱相變復合材料含量在2%~8%之間，以上均以重量百分數計。相變材料一般用于鋰離子電池組的熱管理系統，而在單體電池中基本沒有應用，普通相變膠囊用于鋰離子電池配方中，在材料分散階段可能會因為高速攪拌囊壁破裂而存在泄漏污染漿料的風險。本專利技術利用氧化石墨烯的氧化官能團之間的交聯作用得到具有一定強度的囊壁，將相變材料包裹其中，避免了固-液相變材料相變時可能會因為泄露而造成漿料污染的可能性。而且，多孔石墨烯吸附了氧化石墨烯的納米相變膠囊之后，兼具了氧化石墨烯的高導熱特性和石墨烯本身的高導熱高導電特性，與正負極活性物質和粘結劑混合均勻后涂覆在集流體上，在活性物質和粘結劑顆粒間形成一個導電導熱網絡，既不影響電極的導電特性，又可以及時將電池充放電過程中產生的熱量傳遞給極耳，通過極柱將熱量散失；當電池濫用迅速產生大量熱量時，導熱網絡一方面可以實現熱量的快速傳導，另一方面相變材料的存在會因為相變而將熱量迅速吸收，進而避免電池濫用導致電池溫度迅速升高造成的安全隱患。本專利技術提供的高導熱導電相變復合材料以多孔石墨烯為基體，經過吸附氧化石墨烯相變納米膠囊形成，該材料兼具了石墨烯的高導熱、高導電特性以及氧化石墨烯的高導熱特性，具有導熱效率高，導電性能好，儲能量大的優點。本專利技術提供的導電劑用于高比能鋰離子電池中，一方面可以快速吸收其在濫用測試時產生的大量熱量，同時氧化石墨烯具有阻燃的作用，大大增強了鋰離子電池在濫用測試時的安全性；另一方面石墨烯基體及氧化石墨烯壁材的高導熱特性，可以對高比能鋰離子電池在使用過程中產生的熱量形成有效擴散，進而有效降低電池使用過程的溫升，提高電池的使用壽命。【附圖說明】圖1是本專利技術的一種高導熱導電相變復合材料的結構示意圖。圖2是本專利技術以石蠟為相變材料的多孔石墨烯基復合高導熱高導電相變材料導電劑的電池針刺測試過程的溫升曲線。圖3是本專利技術以硬脂酸為相變材料的多孔石墨烯基復合高導熱高導電相變材料導電劑的電池針刺測試過程的溫升曲線。圖4是本專利技術以導電炭黑為導電劑的電池針刺測試過程的溫升曲線。圖5是本專利技術以石蠟為相變材料的多孔石墨烯基復合高導熱高導電相變材料導電劑的電池1C循環容量保持曲線。圖6是本專利技術以硬脂酸為相變材料的多孔石墨烯基復合高導熱高導電相變材料為導電劑的電池1C循環容量保持曲線。圖7是本專利技術以導電炭黑為導電劑的電池1C循環容量保持曲線?！揪唧w實施方式】以下結合附圖對本專利技術的技術方案進行說明。如圖1所示，為本專利技術提供的一種高導熱導電相變復合材料，該高導熱導電相變復合材料包含: 多孔石墨稀基體1，及， 吸附在基體中的氧化石墨烯相變納米膠囊2。本專利技術提供的含高導電高導熱相變復合材料的鋰離子電池的制備方法包含以下步驟: 步驟1，將相變材料加入氧化石墨烯溶液中，加熱至相變材料熔化，然后超聲分散2~4h得到氧化石墨稀包裹相變材料的穩定乳液，再向上述乳液中加入硫酸調節pH至2~3，使氧化石墨烯發生凝聚，冷卻成囊析出，得到氧化石墨烯相變納米膠囊，該膠囊的囊壁為氧化石墨稀，芯材為相變材料；所述相變納米膠囊尺寸為20~80nm ； 步驟2，將納米相變膠囊溶于水中，然后加入一定量的多孔石墨烯，超聲分散5~10h，使納米相變膠囊吸附在多孔石墨烯的微孔中，經過離心分離之后，分離上清液和沉淀物，將沉淀物冷凍干燥后得到高比表面高導熱高導電的相變復合材料；所述相變膠囊與多孔石墨烯的重量比為10g:(3-15) mg ； 步驟3，將高導熱高導電相變復合材料與正/負活性物質、粘結劑一起按照一定比例混合，經過預分散之后，以氮甲基吡本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高導熱導電相變復合材料導電劑，其特征在于，該高導熱導電相變復合材料包含：多孔石墨烯基體（1），及，吸附在基體（1）中的氧化石墨烯相變納米膠囊（2）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭志紅，劉嬋，侯敏，曹輝，王東，
申請(專利權)人：上海航天電源技術有限責任公司，
類型：發明
國別省市：上海;31