一種基于石墨烯的功能銅箔及其制備方法
【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功能銅箔及其制備方 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。近年 來，鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域逐步從手機、數(shù)碼相機等數(shù)碼產(chǎn)品擴展至新能源汽車、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，特別是在鋰離子電池向新能源汽車應(yīng)用領(lǐng)域擴展后，安全性顯得尤為重要。 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)的鋰離子電池電極在制備過程經(jīng)常會出現(xiàn)露箔現(xiàn)象，若負(fù)極出現(xiàn)露銅 箔現(xiàn)象則會引起電池鼓殼、短路等現(xiàn)象，進(jìn)而會出現(xiàn)爆炸、著火的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是將含有高導(dǎo)電性且能用作負(fù)極材料使用的石墨烯 混合材料均勻涂覆在銅箔表面制作功能銅箔，并代替銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體制備 鋰離子電池電極，消除集流體在涂覆電池材料過程中的露箔現(xiàn)象，降低了鋰離子電池在使 用過程中出現(xiàn)安全事故機率，提高的鋰離子電池整體安全性，并改善了鋰離子電池電極的 導(dǎo)電性和散熱性能。
[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：用表面均勻涂覆含石墨烯 混合材料的功能銅箔代替銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，利用石墨烯的儲鋰特性，消除 集流體在涂覆電池材料過程中的露箔現(xiàn)象，降低鋰離子電池在使用過程中出現(xiàn)安全事故可 能性，提高的鋰離子電池整體安全性，并改善了鋰離子電池電極的導(dǎo)電性和散熱性能。本發(fā) 明提供的基于石墨烯的功能銅箔能消除了電極制備過程中露箔的可能性，提高電池的整體 安全性，且其制備方法簡單，很容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及連續(xù)化生產(chǎn)。
[0006] 提供一種基于石墨烯的功能銅箔，其特征在于：所述功能銅箔包括銅箔基體和含 石墨稀的材料涂層。
[0007] 所述功能銅箔的制備方法，其步驟為： (1) 將石墨烯、添加劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比為（1(T90): (2?30): (3飛0)稱料，然后將材 料均勻分散在分散劑中； (2) 將步驟（1)中已均勻分散的漿料均勻涂覆在銅箔上在一定溫度下烘干得到功能銅 箔。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述粘結(jié)劑可以為聚偏二氟乙烯（pvdf)、聚乙烯醇 縮丁醛（PVB)、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、丁苯橡膠、羧甲基纖維素 鈉、LA水系粘合劑或丙烯酸酯基礎(chǔ)的聚合物中的一種或多種。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述添加劑包括石墨類（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)、中間相碳微球、軟碳、氮化物、硅基材料、鈦酸鋰中的一種或多種。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述分散劑包括去離子水、乙醇、丙酮、異丙醇、N-甲 基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述烘干條件為在不高于160°c的溫度下烘烤 20min?8h〇
[0012] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟（1)分散溫度不高于95°C，分散時間在 0. 5tTl0h。
[0013] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟（2)涂覆方式為噴涂、刮涂或輥涂，材料涂 層厚度小于300iim。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所制備的功能銅箔消除了集流體在涂覆電池材料過 程中出現(xiàn)的露箔現(xiàn)象，降低鋰離子電池在使用過程中出現(xiàn)安全事故可能性，提高的鋰離子 電池整體安全性，并改善了鋰離子電池電極的導(dǎo)電性和散熱性能，且其制備方法簡單，很容 易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及連續(xù)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明實施例中的功能銅箔的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為銅箔，2為含石墨烯的 涂層。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能 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] 實施例一： (1) 將石墨烯、導(dǎo)電炭黑、pvdf按照重量比為80:10:10稱料，30°C在NMP中分散4h后 備用； (2) 將（1)分散好的漿料刮涂在銅箔表面，90°C烘干。
[0019] 實施例二： (1) 將石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑、pvdf按照重量比為70:10:10:10稱料，50°C在NMP 中分散2h后備用； (2) 將（1)分散好的漿料刮涂在銅箔表面，KKTC烘干。
[0020] 實施例三： (1)將石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑、pvdf按照重量比為70:10:10:10稱料，40°C在NMP中分散5h后備用； (2)將（1)分散好的漿料輥涂在銅箔表面，KKTC烘干。
[0021] 實施例四： (1) 將石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉按照重量比為 43:6:6:18:17稱料，50°C在去離子水中分散4h后備用； (2) 將（1)分散好的漿料刮涂在銅箔表面，105°C烘干。
[0022] 實施例五： (1) 將石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑、pvdf按照重量比為70:10:10:10稱料，50°C在NMP 中分散2h后備用； (2)將（1)分散好的漿料刮涂在銅箔表面，KKTC烘干后；在已制備好的功能銅箔表面 涂以中間相碳微球為活性材料的負(fù)極漿料并測試電性能。
[0023] 實施例六： (1) 將石墨烯、乙炔黑、pvdf按照重量比為80:10:10稱料，30°C在NMP中分散6h后備 用； (2) 將（1)分散好的漿料噴涂在銅箔表面，90°C烘干。
[0024] 實施例七： (1) 將石墨烯、乙炔黑、PVB按照重量比為80:10:10稱料，30°C在NMP中分散6h后備 用； (2) 將（1)分散好的漿料噴涂在銅箔表面，90°C烘干。
[0025] 實施例八： (1) 將石墨烯、乙炔黑、KS-6、pvdf按照重量比為80:5:5:10稱料，30°C在NMP中分散 4h后備用； (2) 將（1)分散好的漿料刮涂在銅箔表面，90°C烘干。
[0026] 數(shù)據(jù)測試 將各實施例的功能銅箔做樣品電極制作半電池測試電性能，所得樣品的測試數(shù)據(jù)見下 表。
[0027]
【主權(quán)項】
1. 一種基于石墨帰的功能銅鉛，其特征在于：所述功能銅鉛包括銅鉛基體和含石墨帰 的材料涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述功能銅鉛的制備方法，其步驟為： (1) 將石墨帰、添加劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比為（1〇、〇): (2^30): (3^50)稱料，然后將材 料均勻分散在分散劑中； (2) 將步驟（1)中已均勻分散的漿料均勻涂覆在銅鉛上在一定溫度下烘干得到功能銅 鉛。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于；所述粘結(jié)劑可W為聚偏二氣己帰 (PV壯）、聚己帰醇縮下酵（PVB)、聚氧己帰、聚丙帰酸甲醋、聚己帰化咯焼麗（PVP)、下苯橡 膠、駿甲基纖維素軸、LA水系粘合劑或丙帰酸醋基礎(chǔ)的聚合物中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述添加劑包括石墨類巧日；KS-6， SO等，包括天然的、人工合成的或改性的石墨)、碳纖維、石墨帰、硬碳、碳納米管、導(dǎo)電炭黑 巧口；己快黑、科琴黑等)、中間相碳微球、軟碳、氮化物、娃基材料、鐵酸裡中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述分散劑包括去離子水、己醇、丙 麗、異丙醇、N-甲基化咯焼麗中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述烘干條件為在不高于16(TC的溫 度下烘烤20min?她。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（1)分散溫度不高于95C， 分散時間在0.化?1化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2)涂覆方式為噴涂、刮涂 或親涂，材料涂層厚度小于300 y m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于石墨烯的功能銅箔及其制備方法。所述基于石墨烯的功能銅箔包括銅箔和含有石墨烯的材料涂層。本發(fā)明以表面均勻涂覆含石墨烯混合材料的功能銅箔代替銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，利用石墨烯的儲鋰特性，消除集流體在涂覆電池材料過程中的露箔現(xiàn)象，降低了鋰離子電池在使用過程中出現(xiàn)安全事故機率，提高的鋰離子電池整體安全性，并改善了鋰離子電池電極的導(dǎo)電性和散熱性能。本發(fā)明提供的基于石墨烯的功能銅箔消除了電極制備過程中露箔的可能性，提高電池的整體安全性，且其制備方法簡單，很容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及連續(xù)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M4-66
【公開號】CN104600320
【申請?zhí)枴緾N201310521497
【發(fā)明人】黎陽, 謝華清, 成信剛
【申請人】上海悅達(dá)墨特瑞新材料科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月30日