[发明专利]一种基于石墨烯的锂离子电池电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种基于石墨烯的锂离子电池电极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度、低自放电率、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。近年来，锂离子电池应用领域逐步从手机、数码相机等数码产品扩展至新能源汽车、电动工具、储能等新应用领域后，对锂离子电池性能要求更加严格，为使锂离子电池能满足新领域的应用需要，必须对锂离子电池存在的缺陷或不足进行改进。

锂离子电池包括至少一组正极和负极，所述正极和负极之间通过隔膜连接。其中的正、负极的电极复合材料的制作工艺是：通过粘合剂将电极材料涂覆在集流体金属箔片上并成形获得。目前，锂离子电池在内阻、电池散热、安全性、循环寿命、倍率性能、成本等方面还有待改善。传统锂离子电极制备方法是将原材料混合后直接涂覆在基体（铝箔、铜箔等）上，干燥后得到锂离子电极。传统的锂离子电池电极存散热性能较差、安全性及倍率性能偏差、成本较高等不足。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是将高导电性材料石墨烯均匀分散到锂离子电池电极中，提高电极的电子电导率高、锂离子扩散系数及电极的整体电化学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：将石墨烯事先通过超声分散，再以喷洒的方式逐步加入到电极浆料中，将石墨烯更有效简便的分散在电池材料中，利用石墨烯导电特性并使其导电性得到充分发挥，以此使电极材料的性能得到更充分更有效的发挥，提高的锂离子电池电极整体均一性和批次一致性，极大的改善了锂离子电池的各项性能。本发明提供的锂离子电池电极电子电导率高、锂离子扩散系数大，且其制备方工艺简单，很容易实现产业化及连续化生产。

提供一种锂离子电池电极，其特征在于：所述锂离子电池电极包括基体和含石墨烯的电极材料涂层。

所述锂离子电池电极的制备方法，其步骤为：

（1）将石墨烯、添加剂按质量比为1:（20~1000）称料，然后在一定温度下超声分散，作为（2）中导电剂一部分；

（2）将电池材料、导电剂、添加剂按质量比为（80~95）:（2~10）:（3~10）称料并加入总质量（0.5~10）倍质量的分散剂配制浆料，并在浆料配制过程中将（1）分散好的石墨烯混合液喷洒到电池浆料中，然后将混合均匀的电池浆料涂在基体上在一定温度下烘干得到电极材料涂层制成所述锂离子电池电极。

在本发明一个较佳实施例中，所述添加剂可以为草酸、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠或丙烯酸酯基础的聚合物中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述导电剂包括石墨类（如：KS-6，SO等，包括天然的、人工合成的或改性的石墨）、碳纤维、石墨烯、硬碳、碳纳米管、导电炭黑（如：乙炔黑、科琴黑等）中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述电池材料为尖晶石锰酸锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、富锂锰基材料，钴酸锂、镍钴锰锂材料、镍钴铝锂材料、磷酸铁锂或他们的改性材料中的一种或多种，且其对应基体为铝箔、铝片等铝质基体；也可以是石墨（天然的、人工合成的或改性的）、中间相碳微球、硬碳、软碳、石墨烯、氮化物、硅基材料、钛酸锂中的一种或多种，且其对应基体为铜箔、铜片等铜质基体。

在本发明一个较佳实施例中，所述分散剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述烘干条件为在不高于160℃的温度下烘烤20min~8h。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）超声分散温度不高于95℃，分散时间在10min~10h。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）涂覆方式为喷涂、刮涂或辊涂，电极材料涂层厚度小于500μm。

本发明的有益效果是：本发明所制备的锂离子电池电极电子电导率高、锂离子扩散系数大，提高了锂离子电池电极整体均一性和批次一致性，极大的改善了锂离子电池的各项性能，且其制备方工艺简单，很容易实现产业化及连续化生产。

附图说明

图1是本发明实施例中的锂离子电池电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一：

（1）将石墨烯、NMP按照重量比为1:30称料，在30℃超声分散6h后备用；