[發明專利]一種鋰離子電池復合集流體及其制造方法

在審

• 申請號: 201610299345.0
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105762366A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 周江;王正飛;楊同興;馬驍
• 申請（專利權）人: 江蘇深蘇電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池復合集流體及其制造方法。

背景技術

隨著技術的進步，鋰離子電池的應用領域不再局限于手機、MP3、相機等數碼產品和小型電動工具，已經擴展到電動汽車及大型儲能應用。電動汽車用動力電池的壽命要求是3年10萬公里行駛里程，儲能電池更是要求長達10余年的使用壽命。影響鋰離子電池壽命的因素很多，正負極活性材料與集流體間的導電能力與剝離強度就是其中之一。目前正負極活性材料大多是直接涂覆到集流體上，這種涂覆方式制作的電極片，活性材料與集流體間的接觸不夠充分緊密，導致活性材料與集流體間的剝離強度較低，導電性差。接觸差導電性不好的位置，充放電過程過電位大，降低了能量輸出、增加了電池發熱，且影響電池的使用壽命。

現有技術中已有專利報道復合集流體，如主題為鋰離子電池水性正極復合集流體、正極片及其制備方法、鋰離子電池的專利申請(CN105261760A)，具體公開了一種鋰離子電池水性正極復合集流體，在集流體的表面涂覆導電漿料，干燥即得復合集流體，導電漿料包括粘結劑、導電劑和溶劑，導電劑為SuperP、KS-6、碳纖維、碳納米管、石墨烯中的一種或幾種。

專利申請文獻中公開了主題為一種可快速充放電的鋰離子電池及其制備方法(CN105406083A)，具體公開了一種復合正極集流體，所述復合正極集流體由正極集流體基體和涂覆在基體表面的復合涂層組成，復合涂層包括粘結劑、導電劑和添加劑，其中導電劑選自炭黑、碳納米管、碳纖維、石墨烯中的至少一種。

上述兩篇專利文獻中均公開的是在集流體表面覆蓋一層涂層得到復合集流體，涂層均為單層結構，且復合集流體結構單一，集流體與活性材料間的接觸面積小，集流體與活性材料的粘附力及導電性還有進一步提升的空間。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足而提供一種鋰離子電池復合集流體及其制造方法。本發明在導電基體兩面分別設置兩層涂層，且兩層涂層的材料不同，第一涂層覆蓋在導電基體表面，材質選用石墨烯和粘結劑，第二涂層覆蓋在第一涂層上，材質選擇碳納米管、粘結劑、發泡材料和有機模板劑；本發明還進一步提出復合集流體的制備方法，本發明得到的復合集流體不僅可以提高活性材料與集流體的粘附力，還能進一步提高其導電性。

為了克服現有技術的不足，本發明的技術方案如下：

本發明提出的一種鋰離子電池復合集流體，包括導電基體和涂層，所述導電基體的兩面均覆蓋有涂層，其特征在于，所述涂層包括第一涂層和第二涂層，所述第一涂層覆蓋在所述導電基體表面上，所述第二涂層覆蓋在所述第一涂層上；所述第一涂層的材質包括石墨烯和粘結劑；所述第二涂層的材質包括碳納米管、粘結劑、發泡顆粒和有機模板劑。

本發明提出的一種鋰離子電池復合集流體的進一步優選方案為：

其中，第一涂層包括下述組分按質量百分比組成：石墨烯90％－99％，粘結劑1％－10％；第二涂層包括下述組分按質量百分比組成：碳納米管90％－99％、粘結劑0.5％－9％、發泡顆粒0.5％－9％，有機模板劑0％－9％。

其中，石墨烯包括單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯或多層石墨烯；所述少層石墨烯為3～10層石墨烯；所述多層石墨烯為11～100層石墨烯。

其中，碳納米管的直徑為0.6－100nm；所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

其中，發泡顆粒包括偶氮化合物、磺酰肼類化合物、亞硝基化合物、碳酸鹽的一種或幾種；有機模板劑包括季銨鹽類、長鏈磷酸鹽、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段醚共聚物中的一種或多種。

其中，偶氮化合物包括偶氮二甲酰胺或偶氮二異丁腈；磺酰肼類化合物包括甲苯磺酰肼或對甲苯磺酰肼；亞硝基化合物包括亞硝酸銨、N-硝基脲或N-硝基胍；碳酸鹽包括碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉或碳酸氫鈉；季銨鹽包括十六烷基三甲基溴化銨或四丙基溴化銨；長鏈磷酸鹽包括十二烷基磷酸酯。

其中，第一涂層和第二涂層中的粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸鈉、海藻酸、海藻酸鈉中的一種或多種。

其中，導電基體包括銅箔、鋁箔或鐵箔；導電基體的厚度為4－20μm；第一涂層的厚度為0.1－2μm；第二涂層的厚度為0.1－2μm。

本發明進一步提出了一種鋰離子電池復合集流體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：將石墨烯分散到有機溶劑或水中，得到第一分散液；所述第一分散液中石墨烯的固含量為5～20％；