一種正極極片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種正極極片，包括集流體層和包含有粘接劑、導(dǎo)電劑和正極活性物質(zhì)的正極材料層，正極材料層涂覆于集流體層，集流體層表面均勻設(shè)有摩擦凹點或摩擦條形紋，還包括有助于提高正極材料層導(dǎo)電性的石墨烯層，石墨烯層附著于正極材料層。由于石墨烯材料電阻率較小，其附著于正極材料層，能大大提高正極材料層的導(dǎo)電性能，用正極極片制成的鋰離子電池，能有效提高鋰離子電池充放電倍率及循環(huán)壽命性能。
【專利說明】一種正極極片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種有效提高鋰離子電池充放電倍率，循環(huán)壽命性能的正極極片。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池由于具有高電壓、高能量密度的優(yōu)勢，成為應(yīng)用范圍最廣的二次電池之一。便攜式電子設(shè)備微型化、長待機(jī)的不斷發(fā)展，作為電源的鋰離子電池，其能量密度尤其是體積能量密度不斷地提升，以滿足日益加劇的需求。
[0003]如自從1997年P(guān)adhi等首次報道了 LiFePO4能可逆地嵌入和脫嵌鋰離子，可作為鋰離子電池正極材料以來，就引起人們的廣泛關(guān)注。LiFePO4具有安全、環(huán)保、價格低廉、理論比容量高、性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點，有可能成為下一代鋰離子電池尤其是動力電池的理想正極材料。但是純LiFePO4的電子電導(dǎo)率極低，從而導(dǎo)致其大電流充放電時容量衰減迅速，高倍率性差，因些提高其導(dǎo)電率是LiFePO4的主要研究方向。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了彌補(bǔ)上述不足，本實用新型的目的在于:提供一種正極極片，其正極材料的導(dǎo)電性良好，且能有效提高鋰離子電池充放電倍率及循環(huán)壽命性能。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為:一種正極極片，包括集流體層和包含有粘接劑、導(dǎo)電劑和正極活性物質(zhì)的正極材料層，正極材料層涂覆于集流體層，集流體層表面均勻設(shè)有摩擦凹點或摩擦條形紋，還包括有助于提高正極材料層導(dǎo)電性的石墨烯層，所述石墨烯層附著于正極材料層。
[0006]集流體層表面設(shè)有摩擦凹槽或摩擦條形紋，通過這種化學(xué)或物理的方法對集流體進(jìn)行表面刻蝕，形成粗糙表面，從而提高集流體與活性材料的附著力，不僅可緩解鋰離子電池電極在充放電過程中的體積變化，而且還可改善合金電極的高倍率充放電性能，與光滑銅片集流體電極相比，具有更好的循環(huán)性能，能顯著提高鋰離子電池的使用性能。
[0007]在集流體表面涂覆含導(dǎo)電材料的薄層(如導(dǎo)電炭黑層)，增強(qiáng)活性材料與集流體間的歐姆接觸和粘結(jié)強(qiáng)度，減小界面電阻。這種方法操作簡便、成本低廉、工藝適應(yīng)性強(qiáng)，是集流體表面改性的重要發(fā)展方向。石墨烯具有集高強(qiáng)度、高韌性、高導(dǎo)熱性、超大比表面積等優(yōu)點于一體，因此采用石墨烯涂層改性鋁箔，較炭黑涂層有更優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及粘附力。
[0008]其中，本石墨烯層的材料為:將碳材料與活化劑加熱反應(yīng)后制成孔徑范圍較大的多孔石墨烯，這樣具有孔洞結(jié)構(gòu)的石墨烯具有較高的比表面積和對溶劑的通透性，該多孔石墨烯的孔徑為Inm?lOOnm，孔隙率5-99%，通過這種孔洞結(jié)構(gòu)，石墨烯層能緊密地附著于正極材料層。
[0009]而且，石墨烯是一種二維的單層碳原子結(jié)構(gòu)材料，它具有較高強(qiáng)度、堅硬度，以及電阻率小的特點。通過將石墨烯層附著在正極材料層上，能大大提高正極材料層的導(dǎo)電性能，用本實用新型正極極片制成的鋰離子電池，能有效提高鋰離子電池充放電倍率及循環(huán)壽命性能。
[0010]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，正極材料層與集流體層之間還附著有石墨烯層。石墨烯電阻率較小，大大的提高正極材料層與集流體層之間的導(dǎo)電性。
[0011]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在本實用新型的正極材料層涂覆石墨烯層，所用的正極材料層可以為磷酸亞鐵鋰層、磷酸錳鐵鋰層、磷酸釩鋰層、鈷酸鋰層、錳酸鋰層、硅酸亞鐵鋰層或鎳酸鋰層，經(jīng)過試驗證明，用于磷酸鐵鋰層效果最好。
[0012]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，集流體層為鋁箔層。
[0013]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，石墨稀層厚度為3?8 μ m,當(dāng)石墨稀層厚度聞于8 μ m時，會影響極片的能量密度，當(dāng)其厚度低于3 μ m時，未能達(dá)到最佳的導(dǎo)電效果。
[0014]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，集流體層厚度為7?15 μ m。
[0015]本實用新型的有益效果在于:由于石墨烯其電阻率小，將其附著在正極材料層上，形成石墨烯層，能大大提高正極材料層的導(dǎo)電性能，用該正極極片制成的鋰離子電池，能有效提高鋰離子電池充放電倍率及循環(huán)壽命性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本實用新型的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰明了，結(jié)合以下附圖，對其進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]參見圖1，一種正極極片，包括集流體層2和包含有粘接劑、導(dǎo)電劑和正極活性物質(zhì)的正極材料層1，正極材料層I涂覆于集流體層2，集流體層2表面均勻設(shè)有摩擦凹點或摩擦條形紋，還包括有助于提高正極材料層I導(dǎo)電性的石墨烯層3，所述的石墨烯層3附著于正極材料層I。
[0020]通過將石墨烯層3附著于極材料層1，能大大提高正極材料層I的導(dǎo)電性能，用該正極極片制成的鋰離子電池，能有效提高鋰離子電池充放電倍率及循環(huán)壽命性能。
[0021]其中，集流體層2表面設(shè)有摩擦凹槽或摩擦條形紋，增大了表面接觸面積，能使其與正極材料層I或石墨烯層3的連接更緊湊。
[0022]參見圖2，這是本實用新型的另一種結(jié)構(gòu)，正極材料層I與集流體層2之間還附著有石墨烯層3。石墨烯電阻率較小，使得正極材料層I與集流體層2之間的導(dǎo)電性更加優(yōu)越。
[0023]通過化學(xué)或物理的方法對集流體進(jìn)行表面刻蝕，形成粗糙表面，從而使集流體層2表面均勻設(shè)有摩擦凹點或摩擦條形紋，能提高集流體與活性材料的附著力，不僅可緩解鋰離子電池電極在充放電過程中的體積變化，而且還可改善合金電極的高倍率充放電性能，與光滑銅片集流體電極相比，具有更好的循環(huán)性能，能顯著提高鋰離子電池的使用性能。
[0024]實施例1:將正極活性物質(zhì)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)、導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳(Super-Ρ)、粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照70: 2: 3: 25的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到正極漿料。將得到的正極漿料涂布在厚度為9 μ m的鋁箔即集流體層2上，干燥，形成正極材料層1，并將石墨烯和粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照82: 3: 15的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到石墨烯漿料，將石墨烯漿料噴涂在正極材料層I上，干燥，形成厚度為7μπι的石墨烯層3，冷壓，得到壓實密度為1.5g/cm3的極片，再經(jīng)過裁片、焊接極耳，得到正極極片。
[0025]實施例2:將石墨烯和粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照82: 3: 15的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到石墨烯漿料，噴涂在厚度為12 μ m的鋁箔即集流體層2上，干燥，形成厚度為4 μ m的石墨烯層3，再將正極活性物質(zhì)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)、導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳(Super-P)、粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照70: 2: 3: 25的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到正極漿料。將得到的正極漿料涂布在石墨烯層3上，干燥，形成正極材料層1，最后在正極材料層I表面，噴涂石墨烯漿料，形成厚度為4 μ m的石墨烯層3，并冷壓，得到壓實密度為1.5g/cm3的極片，再經(jīng)過裁片、焊接極耳，得到正極極片。
[0026]實施例3:將石墨烯和粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照82: 3: 15的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到石墨烯漿料，噴涂在厚度為12 μ m的鋁箔即集流體層2上，干燥，形成厚度為4 μ m的石墨烯層3，再將正極活性磷酸釩鋰[Li3V2 (PO4)3]、導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳(Super-P)、粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照70: 2: 3: 25的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到正極漿料。將得到的正極漿料涂布在石墨烯層3上，干燥，形成正極材料層1，最后在正極材料層I表面，噴涂石墨烯漿料，形成厚度為4 μ m的石墨烯層3，并冷壓，得到壓實密度為1.5g/cm3的極片，再經(jīng)過裁片、焊接極耳，得到正極極片。
[0027]實施例4:將正極活性猛酸鋰(LiMn2O4)、導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳(Super-P)、粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照70: 2: 3: 25的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，得到正極漿料。將得到的正極漿料涂布在厚度為7μπι的鋁箔即集流體層2上，干燥，形成正極材料層1，并將石墨烯和粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二釩(V2O3)按照82: 3: 15的質(zhì)量比例混合在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌均勻，噴涂在正極材料層I上，干燥，形成厚度為3μπι的石墨烯層3，冷壓，得到壓實密度為1.5g/cm3的極片，再經(jīng)過裁片、焊接極耳，得到正極極片。
[0028]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼耍緦嵱眯滦筒⒉痪窒抻谏厦娼沂竞兔枋龅摹揪唧w實施方式】，對本實用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實用新型構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種正極極片，包括集流體層和包含有粘接劑、導(dǎo)電劑和正極活性物質(zhì)的正極材料層，所述正極材料層涂覆于所述集流體層，所述集流體層表面均勻設(shè)有摩擦凹點或摩擦條形紋，其特征在于:還包括有助于提高所述正極材料層導(dǎo)電性的石墨烯層，所述石墨烯層附著于所述正極材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于:所述正極材料層與所述集流體層之間還附著有石墨烯層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于:所述正極材料層為磷酸亞鐵鋰層、磷酸錳鐵鋰層、磷酸釩鋰層、鈷酸鋰層、錳酸鋰層、硅酸亞鐵鋰層或鎳酸鋰層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于:所述集流體層為鋁箔層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于:所述石墨烯層厚度為31μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于:所述集流體層厚度為7?15μπι。
【文檔編號】H01M4/70GK203746972SQ201420003158
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】鄧小鳳, 鄧韻 申請人:鄧韻, 鄧小鳳