[發明專利]以石墨烯透析膜為集電體的鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201210532030.8
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103022505A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 涂健;胡海波;劉凱
• 申請（專利權）人: 涂健
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，更具體地說，本發明涉及一種以石墨烯透析膜為集電體的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

傳統的鋰離子電池正極集電體和負極集電體通常分別選用金屬鋁箔和金屬銅箔。在鋰離子電池長期存儲和使用過程中，由于化學體系中副反應的存在，會生產酸或者堿，對電池的集電體造成損傷，進而影響到電池的安全性。

石墨烯具有和金屬材料相當的導電子和導熱能力，同時其相對于金屬材料具備更好的抗酸堿腐蝕特性。將石墨烯材料合理地應用至鋰離子電池中，可以有效提升鋰離子電池的化學穩定性，從而提升其安全特性。

但同時石墨烯在物理強度、加工條件、成本等方面與常規材料相比也存在一定的距離，不能充分發揮其優異的性能，限制了其在鋰離子電池中的推廣和使用。

發明內容

本發明的目的在于運用一種新的技術手段，將石墨烯材料及其混合材料制成可作為鋰離子電池正負極集電體使用的新型材料，提供一種正極和負極均采用這種熱穩定性好，結合力、抗刺穿能力強，電解液容易浸潤的新型材料制成的鋰離子電池。

本發明的另一目的在于提供制備使用這種石墨烯新型材料鋰離子電池的方法。

這種以石墨烯透析膜為集電體的鋰離子電池，其包括被密封在包裝膜內的正極、負極、隔膜和電解質，所述的正極包括正極集電體和涂敷在集電體上的正極活性物質，所述的負極包括負極集電體和涂敷在集電體上的負極活性物質，其特征在于所述的正極集電體和負極集電體均為石墨烯透析膜，所述的石墨烯透析膜分為兩個主體，多孔材料載負體以及石墨烯導電材料吸附體。

進一步地，所述的多孔材料載負體為多孔材料，包括泡沫金屬、多孔高分子塑膠以及生物紡織制品；所述的石墨烯導電材料吸附體選取累計粒度分布百分數達到50％時所對應的粒徑即D50為0.5um-30um、主要成分為石墨烯或者為石墨烯與包括銅、鋁、鎳在內的金屬顆粒、碳纖維、碳納米管、導電碳黑中的一種或多種的混合物；且多孔材料載負體的孔徑大小為導電材料吸附體D50的3-10倍、孔隙率為5％-95％、韌性要求對稱180°彎折大于5次。

具體地，所述的正極活性物質選自鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰中的一種或多種；所述的負極活性物質選自人造石墨、天然石墨、中間相碳纖維球、中間相碳纖維、軟碳、硬碳、鈦酸鋰、硅及無定型氧化硅中的一種或多種；所述的電解質包括鋰鹽、非水溶劑和添加劑，其中，鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙三氟甲基磺酸亞胺基鋰、雙草酸硼酸鋰、草酸雙氟硼酸鋰、高氯酸鋰中的一種或多種；非水溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁內酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一種或多種；添加劑選自SEI成膜添加劑、防過充添加劑、阻燃添加劑、電解質穩定劑、提高電導率添加劑、抗氧化添加劑中的一種或多種。

制備這種以石墨烯透析膜為集電體的鋰離子電池的方法，其特別之處在于石墨烯透析膜的制備方法，包含如下步驟：

a)制備導電漿料：將石墨烯導電材料吸附體粉料與粘結劑粉料按照干重比98∶2-80∶20的比例均勻混合，加入溶劑中制成糊狀混合漿料；粘結劑包括聚偏氟乙烯；溶劑包含N-甲基吡咯烷酮；

b)將a)步驟制備好的漿料，通過一款多孔材料載負體多次往返過濾，使多孔材料載負體兩面都均勻吸附上一層石墨烯導電材料吸附體；

c)將b)所制備多孔材料載負體的空隙內及表面均吸附有石墨烯導電材料吸附體的透析膜，在80-120攝氏度的溫度下進行真空干燥，至溶劑在材料中的殘留低于10ppm后進行輥壓，即得到備用的石墨烯透析膜。

本發明與現有技術相比，其優勢在于：一，利用石墨烯及其混合物的材料顆粒吸附在多孔材料孔道內部及表面，能夠增強石墨烯導電材料與多孔材料載負體之間的結合力；二，多孔載負體的使用，更加有利于電解液在電極中的浸潤；三，生物紡織品也可以做為載體材料備選，極大拓展了多孔材料載體選擇面。使用本發明能達到的效果為，將石墨烯材料有效利用至鋰離子電池集電體中，使其充分發揮石墨烯材料的導電子及抗腐蝕的能力和優勢。使用了石墨烯透析膜作為鋰離子電池正負極的集電體，采用涂覆技術將鋰離子電池正負極材料轉移至集電體表面制備電極，能夠簡單有效地實現工業化生產使用。另外，石墨烯透析膜相對于傳統的金屬集電體材料，具備更強的酸或者堿耐腐蝕性，當在鋰離子電池長期使用過程中生成酸或者堿等副產物時，此類集電體材料依然能夠保持正常工作，從而提升了電池的安全特性。