[發(fā)明專利]一種納米石墨涂層改性集流體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310086725.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103268942A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王樑
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米石墨涂層改性集流體。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭，以及對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益重視，人們對(duì)于新型綠色高效能源的需求日益迫切。鋰離子電池作為具有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新能源受到了格外的重視，除了在現(xiàn)有的小型便攜式電池中的廣泛應(yīng)用外，鋰離子電池在大功率、高能量的動(dòng)力電池中的發(fā)展前景更是讓人期待，此外儲(chǔ)能電池對(duì)壽命和安全性能也有了更高的要求。

現(xiàn)有鋰電池在動(dòng)力、安全性能及壽命方面都存在較大問(wèn)題，為了解決上述問(wèn)題，研究工作者試圖通過(guò)以下方式進(jìn)行改進(jìn)：（1）改性正負(fù)極活性材料；（2）改善導(dǎo)電劑；（3）改善電解液和隔膜；（4）改進(jìn)電池制作工藝；（5）對(duì)集流體進(jìn)行改進(jìn)。

上述改進(jìn)方式中，對(duì)集流體的改進(jìn)效果顯著，德國(guó)漢高公司將導(dǎo)電炭黑涂覆在鋁箔表面，可以降低電池內(nèi)阻，延長(zhǎng)電池壽命。國(guó)內(nèi)研究單位采用石墨烯涂覆于鋁箔表面(如CN?102593464A的發(fā)明)，可以進(jìn)一步降低電池內(nèi)阻。

然而石墨烯成本高，生產(chǎn)困難；而導(dǎo)電炭黑導(dǎo)電性能差。尋找一種成本低廉、導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料用于改性涂層，替代石墨烯和導(dǎo)電炭黑，從而達(dá)到提高鋰電池綜合性能非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種納米石墨涂層改性集流體，生產(chǎn)成本低，適合于產(chǎn)業(yè)化推廣，用于鋰離子電池，能減少集流體與活性材料的界面阻抗，降低電池的內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命和倍率性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：?

一種納米石墨涂層改性集流體，包括集流體箔材，所述集流體箔材的單面或雙面具有含納米石墨的涂層。

本發(fā)明采用納米石墨作為涂層的主要功能材料，納米級(jí)石墨材料保留了高石墨化程度石墨的特點(diǎn)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱效果好，同時(shí)納米化的特點(diǎn)可以提高石墨材料的分散性、涂覆效果等，適合于作為涂層材料。此外納米石墨材料較石墨烯成本低廉，適合于產(chǎn)業(yè)化推廣，用于鋰離子電池，能減少集流體與活性材料的界面阻抗，降低電池的內(nèi)阻，提高電池循環(huán)壽命和倍率性能。

集流體箔材為鋁箔或銅箔，若作為鋰電池負(fù)極集流體，上述涂層將附著在銅箔上，若作為鋰電池正極集流體，上述涂層將附著在鋁箔上。

所述納米石墨材料微觀形貌為平面狀、片狀、棒狀、球狀或其它無(wú)規(guī)則形狀。

作為優(yōu)選，所述含納米石墨的涂層厚度為50納米至10微米。本發(fā)明的涂層厚度應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，當(dāng)涂層過(guò)薄小于50納米時(shí)，納米石墨不足以覆蓋集流體箔材，此時(shí)很難發(fā)揮涂層的功效；當(dāng)涂層過(guò)厚大于10微米時(shí)，由于納米石墨導(dǎo)電性低于集流體箔材，導(dǎo)致整體導(dǎo)電效果不足，涂層優(yōu)選厚度為100納米至5微米，

作為優(yōu)選，所述含納米石墨的涂層的原料包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為4-99:1。導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為9-99:1。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為納米石墨，或所述導(dǎo)電劑為納米石墨與膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維、活性碳、無(wú)定形碳、導(dǎo)電炭黑、中間相碳微球、乙炔黑、Super-Li、KS-6中的一種或幾種的組合形成的混合物，其中納米石墨占導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分比大于30%。Super-Li即Super?P?Li，作為優(yōu)選，其中納米石墨占導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分比大于50%。

作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、LA系列粘結(jié)劑中的一種或幾種組合。

作為優(yōu)選，所述納米石墨參照石墨的晶體結(jié)構(gòu)表示方法，沿z方向平均尺寸介于3納米至100納米之間，沿xy平面方向平均尺寸介于3納米至100微米之間。本發(fā)明的納米石墨由于在Z方向具有納米結(jié)構(gòu)，尺寸為3納米至100納米，因此，與普通的石墨材料相比，納米石墨易于形成優(yōu)異的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；與其他的納米碳材料相比，納米石墨的石墨化程度高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異，能減少集流體與活性材料的界面阻抗，提高散熱效果。此外，某些高石墨化的材料如石墨烯、碳納米管，價(jià)格昂貴，生產(chǎn)制備困難，而納米石墨材料制備方法簡(jiǎn)單，易于規(guī)模化生產(chǎn)，成本低廉，適合于市場(chǎng)推廣。

作為優(yōu)選，所述納米石墨沿xy平面方向主要為碳原子以sp²雜化軌道組成六角形蜂巢狀晶格，沿z方向主要為碳原子以π鍵結(jié)合。