[发明专利]一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池器件制造领域，特别是一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法。

背景技术

近年来，集超高的机械强度、电导率、热导率和抗渗性等诸多优异性能于一身的石墨烯材料，在许多领域中都有诱人的应用前景。从微观的角度看蓄电池的充放电过程，实际上是一个阳离子在电极中“镶嵌”和“脱离”的过程，如果电极材料中的孔洞越多，则这个过程进行的越迅速。在宏观的角度看则表现为蓄电池充放电的速度越快，高比表面积的石墨烯具有电极-电解质界面的快速吸脱附电荷的性能使得石墨烯为超级电容器，其相比锂离子电池具有优越的倍率性能。有研究表明：使用石墨烯作为电池的阳极材料，其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍。然而，将石墨烯作为电池的阳极材料具有以下缺点：石墨烯制造方法有很多种，目前最主流的是氧化还原法和气相沉积法；氧化还原法具有制造陈本低但石墨烯纯度也低，只能制造多层石墨烯粉；气相沉积法制作的石墨烯质量最高，但存在设备复杂、石墨烯制成成本高昂等特点。另外由于石墨烯材料极易产生团聚，因此依据现有手段制作石墨烯电极是非常困难的。

现有锂电池制造技术中，锂离子电池中常用的电极电导率低，目前人们也有通过在锂离子电池电极涂覆材料中加入石墨烯或者炭黑来提高电导率，需要将已制成的石墨烯粉体与阳极材料石墨粉或硅粉混合制浆后涂覆在集电极上制作锂电池的阳极，以此来提高阳极导电性。但由于石墨烯较高的比表面积，使得石墨烯在与阳极材料混合时极易团聚，造成石墨烯分散不均匀，因此使用石墨烯提高阳极导电性的目的也不易达到。国内也有厂家采用特殊的石墨烯分散制浆技术，采用湿法涂覆技术单独将石墨烯涂覆在锂电池集电极箔材(铜箔或铝箔)表面，再按现有技术中电池电极材料涂覆方法在已涂覆石墨烯层的集电极上涂覆电极活性材料(正极或负极) 制作锂电池正负电极，来提高锂电池的倍率性能及循环寿命，但采用该方法涂覆石墨烯必须使用粘结剂，且涂覆的石墨烯厚度最小只能做到2um，不能够完全发挥石墨烯优越的单分子层导电性的特性。同时由于石墨烯涂层厚度较厚，涂覆石墨烯的集电极不能直接与电池导电集耳焊接，必须在石墨烯涂覆时留边预留集耳焊接，对后续的正负极材料涂覆带来很大困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有优越的倍率性能、高的充放电使用寿命、较低的电池温升性能的复合石墨烯锂离子电池，同时提供一种锂离子电池用复合石墨烯集电极的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合石墨烯锂离子电池，包括电池壳以及设置在电池壳内部的电解液、隔离膜、复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述隔离膜设置于复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片之间；

所述复合石墨烯正极片包括正极集流体、沉积在正极集流体表面的正极石墨烯膜、以及涂覆于正极石墨烯膜上的正极活性物质层；所述复合石墨烯负极片包括负极集流体、沉积在负极集流体表面的负极石墨烯膜、涂覆于负极石墨烯膜的负极活性物质层。

进一步地，正极石墨烯膜、负极石墨烯膜均为通过辅助等离子化学气相沉积技术沉积在集流体表面厚度为的石墨烯。

一种复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，包括复合石墨烯正极箔材的制作以及复合石墨烯负极箔材的制作；

所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池正极集电极用铝箔，采用等离子辅助气相沉积法在所述铝箔表面沉积正极石墨烯膜；得到复合石墨烯正极箔材；

所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池负极集电极用铜箔；采用等离子辅助气相沉积法在所述铜箔表面沉积负极石墨烯膜；得到复合石墨烯负极箔材；

以锂电池正极集电极用铝箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Al 或Ni、催化金属膜沉积方式采用直流溅射电源、等离子辅助电源使用射频电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔气体、金属膜溅镀本底真空度小于2.0x10^-3Pa、金属膜溅镀工作真空度为3x10^-1Pa、镀膜速度设置1.5～5m/min、卷绕张力范围设置5～30N、金属膜沉积靶功率设置选择3-8kw、控制金属膜沉积膜厚范围10-180nm，等离子辅助气相沉积功率设置范围1.5-4.5kw，沉积石墨烯的沉积厚度为层数为