一種基于石墨烯的鋰離子電池電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種基于石墨烯的鋰離子電池電極及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池作為一種高性能的二次綠色電池，具有高電壓、高能量密度、低自放電 率、使用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大電流充放電等優(yōu)點(diǎn)。近年 來，鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域逐步從手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品擴(kuò)展至新能源汽車、電動工具、 儲能等新應(yīng)用領(lǐng)域后，對鋰離子電池性能要求更加嚴(yán)格，為使鋰離子電池能滿足新領(lǐng)域的 應(yīng)用需要，必須對鋰離子電池存在的缺陷或不足進(jìn)行改進(jìn)。
[0003] 鋰離子電池包括至少一組正極和負(fù)極，所述正極和負(fù)極之間通過隔膜連接。其中 的正、負(fù)極的電極復(fù)合材料的制作工藝是：通過粘合劑將電極材料涂覆在集流體金屬箔片 上并成形獲得。目前，鋰離子電池在內(nèi)阻、電池散熱、安全性、循環(huán)壽命、倍率性能、成本等方 面還有待改善。傳統(tǒng)鋰離子電極制備方法是將原材料混合后直接涂覆在基體(鋁箔、銅箔 等）上，干燥后得到鋰離子電極。傳統(tǒng)的鋰離子電池電極存散熱性能較差、安全性及倍率性 能偏差、成本較1?等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是將高導(dǎo)電性材料石墨烯均勻分散到鋰離子電池電 極中，提高電極的電子電導(dǎo)率高、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)及電極的整體電化學(xué)性能。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：將石墨烯事先通過超聲分 散，再以噴灑的方式逐步加入到電極漿料中，將石墨烯更有效簡便的分散在電池材料中，利 用石墨烯導(dǎo)電特性并使其導(dǎo)電性得到充分發(fā)揮，以此使電極材料的性能得到更充分更有效 的發(fā)揮，提高的鋰離子電池電極整體均一性和批次一致性，極大的改善了鋰離子電池的各 項(xiàng)性能。本發(fā)明提供的鋰離子電池電極電子電導(dǎo)率高、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，且其制備方工藝 簡單，很容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及連續(xù)化生產(chǎn)。
[0006] 提供一種鋰離子電池電極，其特征在于：所述鋰離子電池電極包括基體和含石墨 烯的電極材料涂層。
[0007] 所述鋰離子電池電極的制備方法，其步驟為： (1)將石墨烯、添加劑按質(zhì)量比為I:(2(T1000)稱料，然后在一定溫度下超聲分散，作 為（2)中導(dǎo)電劑一部分； (2)將電池材料、導(dǎo)電劑、添加劑按質(zhì)量比為（80~95) : (2~10) : (3~10)稱料并加入總 質(zhì)量（0.5~10)倍質(zhì)量的分散劑配制漿料，并在漿料配制過程中將（1)分散好的石墨烯混合 液噴灑到電池漿料中，然后將混合均勻的電池漿料涂在基體上在一定溫度下烘干得到電極 材料涂層制成所述鋰離子電池電極。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述添加劑可以為草酸、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙 烯、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉或丙烯酸酯基礎(chǔ) 的聚合物中的一種或多種。
[0009]在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述導(dǎo)電劑包括石墨類（如：KS-6,SO等，包括天然 的、人工合成的或改性的石墨)、碳纖維、石墨烯、硬碳、碳納米管、導(dǎo)電炭黑（如：乙炔黑、科 琴黑等）中的一種或多種。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述電池材料為尖晶石錳酸鋰、磷酸釩鋰、磷酸錳 鋰、富鋰錳基材料，鈷酸鋰、鎳鈷錳鋰材料、鎳鈷鋁鋰材料、磷酸鐵鋰或他們的改性材料中的 一種或多種，且其對應(yīng)基體為鋁箔、鋁片等鋁質(zhì)基體；也可以是石墨(天然的、人工合成的或 改性的)、中間相碳微球、硬碳、軟碳、石墨烯、氮化物、硅基材料、鈦酸鋰中的一種或多種，且 其對應(yīng)基體為銅猜、銅片等銅質(zhì)基體。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述分散劑包括水、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、N-甲 基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0012]在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述烘干條件為在不高于160°c的溫度下烘烤 20min?8h〇
[0013] 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述步驟（1)超聲分散溫度不高于95°C，分散時間 在IOmin?10h。
[0014]在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述步驟（2)涂覆方式為噴涂、刮涂或輥涂，電極材 料涂層厚度小于500iim。
[0015]本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所制備的鋰離子電池電極電子電導(dǎo)率高、鋰離子擴(kuò) 散系數(shù)大,提高了鋰離子電池電極整體均一性和批次一致性,極大的改善了鋰離子電池的 各項(xiàng)性能，且其制備方工藝簡單，很容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及連續(xù)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的鋰離子電池電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0018]實(shí)施例一： (1) 將石墨烯、NMP按照重量比為1:30稱料，在30°C超聲分散6h后備用； (2) 將尖晶石錳酸鋰、導(dǎo)電劑、pvdf按照質(zhì)量比為80:10:10稱料，其中導(dǎo)電劑中石墨 烯、乙炔黑、KS-6比例為1:5:4[注：石墨烯已（1)中以準(zhǔn)備好備用]，加入總質(zhì)量1.5倍的NMP配制漿料，在漿料配制過程中將（1)所制備的石墨烯混合液噴灑到電極漿料中，再將均 勻混合的電池漿料刮涂到鋁箔（圖1中1)上120°C烘4h得到50 厚的電極材料涂層（圖 1中2)制成鋰離子電池電極。
[0019]對比例一： 將尖晶石錳酸鋰、導(dǎo)電劑、pvdf按照質(zhì)量比為80:10:10稱料，其中導(dǎo)電劑中乙炔黑、KS-6比例為5:5,加入總質(zhì)量1. 5倍的NMP配成漿料后刮涂在鋁箔上面，再120°C烘4h得到 電極涂層制成鋰離子電池電極。
[0020] 實(shí)施例二： (1) 將石墨烯、NMP按照重量比為1:100稱料，在40°C超聲分散3h后備用； (2) 將磷酸鐵鋰、導(dǎo)電齊[J、pvdf按照質(zhì)量比為80:10:10稱料，其中導(dǎo)電劑中石墨烯、乙 炔黑、SO比例為1:5:4[注：石墨烯已（1)中以準(zhǔn)備好備用]，加入總質(zhì)量1倍的NMP配制漿 料，在漿料配制過程中將（1)所制備的石墨烯混合液噴灑到電極漿料中，再將均勻混合的電 池漿料輥涂到鋁箔（圖1中1)上IKT