[发明专利]涂覆三维石墨烯粉的涂炭集流体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种涂覆三维石墨烯粉的涂炭集流体及其制备方法，制备方法是将三维石墨烯粉、粘结剂、分散剂在合适溶剂中混合，经砂磨、过筛等程序制得三维石墨烯粉浆料，随后均匀涂覆于铝箔、铜箔等基底上，制得涂炭集流体。与炭黑相比三维石墨烯粉涂覆集流体导电性、涂层强度、结合强度更高，并且可以做得更薄。与常规片状石墨烯粉相比三维石墨烯粉涂覆集流体结合强度更高、涂层性能各向同性、制备过程更简单、表面粗糙度更高从而与活性材料结合更好。以涂覆三维石墨烯粉的铝箔为正极集流体制备的锂离子电池比容量、倍率性能和循环稳定性均大大优于涂覆炭黑的集流体。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，特别涉及一种涂覆三维石墨烯粉的涂炭集流体及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子器件及电动汽车的快速发展，人们对锂离子电池的性能要求越来越高，如更高的比容量、更好的倍率性能及更好的循环稳定性。锂离子电池的主要构件包括活性材料、隔膜、电解质及集流体等，这些因素对电池的性能都有很大影响，其中集流体研究较少。常规上锂离子电池负极集流体用铜箔，正极集流体用铝箔。由于一般金属箔的轧制表面比较平滑，涂覆活性材料时会产生一些问题，如浸润性差、结合不紧密、结合强度小、结合面积小、不容易粘附等，从而导致活性材料与集流体之间界面电阻大，容易脱落，并且涂覆难度大。这些问题会导致电池性能下降，如界面电阻大导致极化严重，影响活性材料的储锂能力、倍率性能及循环稳定性能等，从而难以满足目前对于高倍率、高能量密度及长循环寿命的需求。因此，改善金属箔带的表面状态和性质，从而提高活性材料与集流体的相容性、提高结合强度、增大结合面积对于提高电池性能具有重要意义。常用的办法就是在铜或铝等金属箔带上涂覆碳黑制备涂炭集流体，尤其是正极集流体铝箔，由于正极材料导电性不好，所以铝箔涂碳对于正极更为重要。

公开号“CN101923961A”公开了一种用于制备铝电解电容器的涂炭铝箔的制备方法，将导电炭黑、分散剂、粘结剂混合制浆，涂覆于铝箔表面，然后在真空炉中于300-660℃处理一定时间，制得涂碳铝箔。公开号“CN101027736A”通过在铝箔上涂覆含碳物质如炭黑、活性碳等，然后在含碳气氛中于400-600℃加热处理制得了涂碳铝箔。近年来，为了改善使用效果，也有人尝试引入石墨烯、碳纳米管等新型碳纳米材料。公开号“CN109301166A”通过在液氮中冷却石墨烯获得带褶皱的石墨烯，然后涂覆到铝箔上制得涂炭集流体。公开号“CN106602076A”公开一种包括三层结构的涂碳铝箔，第一层是活性炭颗粒，第二层是石墨烯片，第三层是气相碳纤维、碳纳米管和炭黑的混合物，获得了更好的导电性能。尽管目前涂炭集流体已经取得很大的进展，并且已经实现广泛应用，但还是存在一些问题需要解决，以满足高性能电池的应用需求。目前广泛使用的炭黑存在着导电性欠佳、分散不易、涂层强度及涂层与基底的结合强度弱及涂层较厚等缺点。新型碳纳米材料石墨烯和碳纳米管尽管导电性很好，但也存在着不易分散、各向异性、价格昂贵等缺点。因此，开发新型的涂炭集流体具有重要意义。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种涂覆三维石墨烯粉的涂炭集流体制备方法及其制品。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种涂覆三维石墨烯粉的涂炭集流体制备方法，其包括如下步骤：

(1)制备浆料：预备三维石墨烯粉，然后将该三维石墨烯粉制成三维石墨烯粉浆料；

(2)涂覆：将三维石墨烯粉浆料均匀涂覆于适当基底上，所述适当基底为铜箔、铝箔、不锈钢带、塑料薄膜或织物等。涂覆速度控制在20-80m/min，然后在50-100℃烘干，在适当基底上形成涂碳层，制得涂炭集流体。通过控制涂覆速度来确保涂碳层干膜厚度在0.2-4μm之间。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤(1)具体包括以下步骤：