[發明專利]含有鹵化石墨烯納米片的電極漿料和其生產和用途

在審

• 申請號: 201711498507.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109473676A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: Y.張;Z.唐
• 申請（專利權）人: 雅寶公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張慧;楊思捷

本發明提供形成粘合劑漿料的方法，所述方法包括：A)混合鹵化石墨烯納米片和一種或多種極性溶劑以形成納米片漿料，和組合所述納米片漿料和一種或多種粘合劑以形成粘合劑漿料；或B)組合i)在極性溶劑中包括鹵化石墨烯納米片的納米片漿料與ii)一種或多種粘合劑以形成粘合劑漿料。所述鹵化石墨烯納米片包括石墨烯層，且特征在于除了形成所述納米片的所述石墨烯層的周邊的碳原子以外具有(a)除sp²碳以外不含任一元素或組分的石墨烯層，和(b)基本上無缺陷的石墨烯層，其中所述納米片中的鹵素的總含量為約5wt％或更少，所述總含量是以溴計算并且基于所述納米片的總重量。

技術領域

本發明涉及用鹵化石墨烯納米片形成的電極漿料，并且涉及含有鹵化石墨烯納米片的電極漿料的應用。

背景

石墨烯納米片是由具有片形的石墨烯層組成的納米粒子。石墨烯納米片被認為是用于類似應用中的碳納米管的期望替代物。

對于鋰離子電池，在目前電極生產工藝中，通常將活性材料和導電助劑以干粉末形式添加到含有粘合劑的溶液中。石墨烯納米片(包含化學改性的石墨烯納米片)是電極的期望組分。由于石墨烯納米片的尺寸較小，所以其在溶劑中不能很好地分散，從而在其處置和應用于電極方面帶來了挑戰。

期望在電極生產工藝期間應用活性材料和導電助劑的方法有所改良。還期望在電極生產工藝期間應用石墨烯納米片的改良的方法。

發明概要

本發明提供在極性溶劑中含有鹵化石墨烯納米片和粘合劑的粘合劑漿料。在這些粘合劑漿料中，鹵化石墨烯納米片很好地分散。舉例來說，在具有1.0wt％粘合劑PVDF的N-甲基-2-吡咯烷酮中含有溴化石墨烯納米片的粘合劑漿料可穩定2個月以上。

本發明還提供在極性溶劑中含有鹵化石墨烯納米片、活性材料和粘合劑的電極漿料。這些電極漿料提供了幾個優點。與在照慣例制備的電極漿料中相比，鹵化石墨烯納米片和活性材料都均勻地分散在實踐本發明中所形成的電極漿料中。已觀察到本發明的電極漿料在電極制備工藝期間保持穩定(無分離或沉降)。

與照慣例制備的電極漿料相比，利用本發明電極漿料形成的電極具有改良的導電性。這指示實現類似導電性需要更少量的導電助劑。更少量的導電助劑容許電極中有更大量的活性材料，并且使得電極具有更高的能量密度。電極漿料的粘度通常小于照慣例制備的電極漿料的粘度，這容許電極漿料含有更大量的固體。更大量的固體意味著存在更少的溶劑，也就是在電極制備結束時要去除的溶劑更少。電極漿料中更高的固體含量容許更高的生產速率、更高的輸出和/或更小的設備。用本發明電極漿料制備的電極的改良的導電性允許更好的電池性能。

本發明的實施方案提供形成含有鹵化石墨烯納米片的粘合劑漿料的工藝，所述鹵化石墨烯納米片的特征在于除了形成納米片的石墨烯層的周邊的碳原子以外具有(a)不含除sp²碳以外的任一元素或組分的石墨烯層，和(b)基本上無缺陷的石墨烯層；納米片中的鹵素的總含量為約5wt％或更少，所述鹵素總含量是以溴計算并且基于納米片的總重量。

本發明的另一實施方案提供形成含有鹵化石墨烯納米片的電極漿料的工藝。其他實施方案包含電極漿料和在電極生產中使用電極漿料的工藝。

鹵化石墨烯納米片是在納米片的石墨烯層的周邊具有化學結合鹵素的鹵化石墨烯納米片。在優選實施方案中，鹵化石墨烯納米片是在納米片的石墨烯層的周邊具有化學結合溴的溴化石墨烯納米片。

鹵化石墨烯納米片還具有高純度并且具有極少或沒有可檢測到的化學結合的氧雜質。因此，用于本發明中的鹵化石墨烯納米片符合“原始”的描述或分類。另外，本發明的鹵化石墨烯納米片實際上不含任何結構缺陷。這可能至少部分地歸因于本發明的鹵化石墨烯納米片的sp²石墨烯層的顯著均勻性和結構完整性。與市售含有鹵素的石墨烯納米片相比，這些納米片的其他有利特性是優異的導電性和優異的物理性質。