[发明专利]石墨烯涂覆铝箔集流体及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯涂覆铝箔集流体的制备方法，包括：将石墨烯分散在溶剂中，再加入一定量分散剂，打开Microfluidizer M‑110L高压微射流匀质机，调节压力为400‑10000英镑/平方英寸PSI，在分散剂乳化的基础上分散石墨烯材料，得到一次分散液，经静置后，取上层分散液；向所述上层分散液中加入重量百分比为0.5‑10％的粘结剂高速剪切分散，并调节粘度在300‑1500厘泊之间，制备出均匀的复合导电石墨烯涂层液；铝箔进行表面粗糙化预处理，将所述复合导电石墨烯涂层液涂覆在预处理过的铝箔材料的表面，在80‑120℃温度下真空烘干，制得石墨烯涂覆铝箔集流体。本发明还涉及一种由上述方法获得的一种石墨烯涂覆铝箔集流体。

技术领域

本发明涉及锂离子电池集流体材料领域，具体为一种高性能石墨烯涂覆铝箔集流体及其制备方法。

背景技术

新能源汽车作为战略性新兴产业，在全球范围内正在由示范运行向市场化发展，作为其核心部件的动力电池发展迅猛，近两年来需求缺口也进一步扩大。锂离子电池作为一类移动电源，由于具有能量密度大、循环寿命长、自放电小等突出性能，被广泛应用于移动通信、数码相机、笔记本电脑等便携式电子器件，以及电动工具、无人机、电动滑板车、军事防御和航空航天等领域。当作为新能源汽车的车载电源时，还需要动力电池具有高容量、高功率、长寿命、宽温度适应性和安全性等。

集流体作为锂离子电池一类支撑正负极活性材料，并收集电化学反应电子的电池部件，除了要具有化学和电化学稳定性外，本身的导电性也将会直接影响电极活性材料性能的发挥，继而影响整个电池的倍率、循环寿命等综合性能。铝箔具有便宜、容易加工以及密度轻等特点、特别是其表面会产生一层氧化物，具有很好的电化学稳定性，保障了电池在高电压不会发生腐蚀，因此，锂离子电池正极通常选用铝箔作为正极集流体；而铜箔作为一种导电性极佳的金属，通常被选做负极集流体。

通常电极活性材料会涂覆在铝箔等表面，在电池充放电发生电化学反应时，所产生的电子通过电极活性材料中的导电通路收集到集流体上，在两相界面产生接触电阻，电池内阻升高，产生极化，电池工作电压下降而导致电池性能劣化。此外，由于电极活性材料通常借助粘结剂粘结在集流体表面，为了使活性材料在光滑的金属集流体表面粘结牢固，通常加入较多的绝缘性粘结剂，影响了电极的导电性和能量密度。中国专利(公开号CN102832392A)公开了一种利用碳材料(导电炭黑Super P和碳纤维VGCF)涂覆集流体形成导电节点和导电网络，能够有效降低界面阻抗，减少内阻，提高电池循环寿命和倍率性能；而中国专利(公开号CN105047941A)公开了一种利用碳纳米管涂覆铝箔和铜箔集流体形成导电网络，降低了电池内阻降低，电极活性材料粘附力也增强，这些不但显示了其在锂离子电池，在超级电容器中等电化学器件中有着广大的应用前景。

石墨烯是有单层碳原子构成的具有二维结构的碳材料，其突出特点即电子导电性，室温下的载流子迁移率可高达100,000cm2V-1s-1(Geim,A.K.；Novoselov,K.S.NatureMaterials 2007,6,183)。同时，石墨烯还具有较高的机械性能和巨大的比表面积，这些优良特性也使其被制备成不同的石墨烯分散液、石墨烯导电液、石墨烯导电浆料和石墨烯导电膏等，添加到不同材料(如高分子、橡胶、塑料、油漆等)中作为添加剂进一步发挥材料的性能。在本发明中，就是利用石墨烯的高导电性和巨大的比表面积，特别是其片状结构，所制备石墨烯分散液涂覆在铝箔上，制备出石墨烯涂覆铝箔集流体并应用于锂离子电池中，降低电池内阻，提高活性材料的粘附力，从而达到提高电池循环寿命和倍率性能。