[發(fā)明專利]石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210257717.5
• 申請(qǐng)日: 2012-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN103579632A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;吳鳳;王要兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)

集流體是一種匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，主要功能是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，提供電子通道，加快電荷轉(zhuǎn)移，提高充放電庫倫效率。作為集流體需要滿足電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好、質(zhì)量輕、內(nèi)阻小等特點(diǎn)。

作為集流體，需要質(zhì)量輕，因?yàn)殡姵氐哪芰棵芏鹊挠绊懸蛩刂饕须姌O材料的容量、體系的電壓以及電極材料占電極活性物質(zhì)層、集流體、外殼材料組成的總重量的比重。因此，增加電極材料的儲(chǔ)能性能和降低器件各個(gè)組成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流體的質(zhì)量是一個(gè)有效的提高能量密度的方法。另外，作為集流體使用時(shí)，需要其不能夠嵌鋰，因?yàn)橐坏┘黧w中嵌鋰，其為不可逆的，則大大降低了整個(gè)電池的容量以及其循環(huán)性能；由于集流體表面承載電極活性物質(zhì)并接觸電解液，需要其在電解液中具有穩(wěn)定性。若其在電解液較易腐蝕和溶解，則會(huì)導(dǎo)致其與電極活性物質(zhì)之間的接觸電阻顯著增大，影響電池的功率密度，電解液被污染，影響電池的壽命。

目前，大多數(shù)的文獻(xiàn)中或行業(yè)中，一般集流體正極采用鋁箔、負(fù)極采用銅箔。由于金屬集流體的密度較大，質(zhì)量較重，一般集流體的重量占整個(gè)電池的20～25%，則電極材料占整個(gè)電池的比重大大減少，最終導(dǎo)致電池的能量密度較低。同時(shí)，金屬材料容易被腐蝕，進(jìn)而影響了電池的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種質(zhì)量輕，不嵌鋰，且不易被腐蝕的石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡單，效率高，易于操作和控制的石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供能量密度高，使用壽命長的鋰離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體，其包括石墨烯薄膜層和結(jié)合在所述石墨烯薄膜層表面的金屬氧化物層，所述金屬氧化物層中的金屬氧化物為Cr₂O₃、MnO₂、V₂O₅或TiO₂中的至少一種。

以及，一種石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的制備方法，包括如下步驟：

將石墨烯懸浮液采用微孔濾膜真空過濾，將濾餅干燥后分離微孔濾膜，得到石墨烯薄膜；

將所述石墨烯薄膜作為工作電極，置于含有濃度為0.25～0.5mol/L的金屬鹽的堿性電解液中，在電流密度為0.5～3mA/cm²的恒電流作用下電沉積5～10min；其中，所述金屬鹽為含Cr離子的金屬鹽、Mn離子的金屬鹽、Ti離子的金屬鹽或VO₃離子的金屬鹽中的至少一種；

將經(jīng)電沉積后的石墨烯薄膜洗滌、干燥后，置于充滿惰性的氣體的環(huán)境中并在400～800℃的溫度下還原2～8小時(shí)，冷卻，得到所述石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體。

本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括依次層疊的正極、電池隔膜和負(fù)極，所述負(fù)極的集流體為上述石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體。

上述石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體以石墨烯薄膜層作為基體，有效增強(qiáng)了該石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的機(jī)械強(qiáng)度，降低了其重量，同時(shí)還使得該石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，且化學(xué)穩(wěn)定，不易腐蝕，使用壽命長。在該石墨烯薄膜層表面結(jié)合的金屬氧化物層能有效的保護(hù)鋰離子不嵌入石墨烯薄膜層中，避免導(dǎo)致不可逆容量的產(chǎn)生，進(jìn)而提高容量。

上述石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的制備方法只需先制備石墨烯薄膜，然后采用電沉積法在該石墨烯薄膜表面電沉淀一層金屬氧化物，其工藝簡單，條件易控，對(duì)設(shè)備要求低，生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。另外，采用電沉積法，使得金屬氧化物直接沉積在石墨烯薄膜表面，使得生成的金屬氧化物層厚度均勻，并與石墨烯薄膜結(jié)合牢固，增強(qiáng)了石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的機(jī)械強(qiáng)度，防止金屬氧化物層的脫落，延長了石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的使用壽命。

上述鋰離子電池由于含有上述石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體，因此，該石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的導(dǎo)熱性能、化學(xué)穩(wěn)定和不易腐蝕的性能使得該鋰離子電池安全，使用壽命長；該石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體以石墨烯薄膜取代金屬集流體，其重量輕和不嵌鋰的性能，有效保證了鋰離子電池的容量，提高了鋰離子電池的能量密度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例石墨烯復(fù)合負(fù)極集流體制備方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式