CN104600320A - 一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法。所述基于石墨烯的功能铜箔包括铜箔和含有石墨烯的材料涂层。本发明以表面均匀涂覆含石墨烯混合材料的功能铜箔代替铜箔作为锂离子电池负极集流体，利用石墨烯的储锂特性，消除集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低了锂离子电池在使用过程中出现安全事故机率，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能。本发明提供的基于石墨烯的功能铜箔消除了电极制备过程中露箔的可能性，提高电池的整体安全性，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度、低自放电率、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。近年来，锂离子电池应用领域逐步从手机、数码相机等数码产品扩展至新能源汽车、电动工具、储能等新应用领域后，对锂离子电池性能要求更加严格，为使锂离子电池能满足新领域的应用需要，必须对锂离子电池存在的缺陷或不足进行改进。
锂离子电池包括至少一组正极和负极，所述正极和负极之间通过隔膜连接。其中的正、负极的电极复合材料的制作工艺是：通过粘合剂将电极材料涂覆在集流体金属箔片上并成形获得。目前，锂离子电池在内阻、电池散热、安全性、循环寿命、倍率性能、成本等方面还有待改善，特别是在锂离子电池向新能源汽车应用领域扩展后，安全性显得尤为重要。传统锂离子电极制备方法是将原材料混合后直接涂覆在基体（铝箔、铜箔等）上，干燥后得到锂离子电极。传统的锂离子电池电极在制备过程经常会出现露箔现象，若负极出现露铜箔现象则会引起电池鼓壳、短路等现象，进而会出现爆炸、着火的可能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是将含有高导电性且能用作负极材料使用的石墨烯混合材料均匀涂覆在铜箔表面制作功能铜箔，并代替铜箔作为锂离子电池负极集流体制备锂离子电池电极，消除集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低了锂离子电池在使用过程中出现安全事故机率，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：用表面均匀涂覆含石墨烯混合材料的功能铜箔代替铜箔作为锂离子电池负极集流体，利用石墨烯的储锂特性，消除集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低锂离子电池在使用过程中出现安全事故可能性，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能。本发明提供的基于石墨烯的功能铜箔能消除了电极制备过程中露箔的可能性，提高电池的整体安全性，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
提供一种基于石墨烯的功能铜箔，其特征在于：所述功能铜箔包括铜箔基体和含石墨烯的材料涂层。
所述功能铜箔的制备方法，其步骤为：
（1）将石墨烯、添加剂、粘结剂按质量比为（10~90）:（2~30）:（3~50）称料，然后将材料均匀分散在分散剂中；
（2）将步骤（1）中已均匀分散的浆料均匀涂覆在铜箔上在一定温度下烘干得到功能铜箔。
在本发明一个较佳实施例中，所述粘结剂可以为聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA水系粘合剂或丙烯酸酯基础的聚合物中的一种或多种。
在本发明一个较佳实施例中，所述添加剂包括石墨类（如：KS-6，SO等，包括天然的、人工合成的或改性的石墨）、碳纤维、石墨烯、硬碳、碳纳米管、导电炭黑（如：乙炔黑、科琴黑等）、中间相碳微球、软碳、氮化物、硅基材料、钛酸锂中的一种或多种。
在本发明一个较佳实施例中，所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
在本发明一个较佳实施例中，所述烘干条件为在不高于160℃的温度下烘烤20min~8h。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）分散温度不高于95℃，分散时间在0.5h~10h。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）涂覆方式为喷涂、刮涂或辊涂，材料涂层厚度小于300μm。
本发明的有益效果是：本发明所制备的功能铜箔消除了集流体在涂覆电池材料过程中出现的露箔现象，降低锂离子电池在使用过程中出现安全事故可能性，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
附图说明
图1是本发明实施例中的功能铜箔的结构示意图；其中1为铜箔，2为含石墨烯的涂层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一：
（1）将石墨烯、导电炭黑、pvdf按照重量比为80:10:10称料，30℃在NMP中分散4h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料刮涂在铜箔表面，90℃烘干。
实施例二：
（1）将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料， 50℃在NMP中分散2h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料刮涂在铜箔表面，100℃烘干。
实施例三：
（1）将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料， 40℃在NMP中分散5h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料辊涂在铜箔表面，100℃烘干。
实施例四：
（1）将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠按照重量比为43:6:6:18:17称料，50℃在去离子水中分散4h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料刮涂在铜箔表面，105℃烘干。
实施例五：
（1）将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料， 50℃在NMP中分散2h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料刮涂在铜箔表面，100℃烘干后；在已制备好的功能铜箔表面涂以中间相碳微球为活性材料的负极浆料并测试电性能。
实施例六：
（1）将石墨烯、乙炔黑、pvdf按照重量比为80:10:10称料，30℃在NMP中分散6h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料喷涂在铜箔表面，90℃烘干。
实施例七：
（1）将石墨烯、乙炔黑、PVB按照重量比为80:10:10称料，30℃在NMP中分散6h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料喷涂在铜箔表面，90℃烘干。
实施例八：
（1）将石墨烯、乙炔黑、KS-6、pvdf按照重量比为80:5:5:10称料，30℃在NMP中分散4h后备用；
（2）将（1）分散好的浆料刮涂在铜箔表面，90℃烘干。
数据测试
将各实施例的功能铜箔做样品电极制作半电池测试电性能，所得样品的测试数据见下表。
本发明所述的锂离子电池电极的有益效果是：本发明所制备的功能铜箔消除了集流体在涂覆电池材料过程中出现的露箔现象，降低了锂离子电池在使用过程中出现安全事故的机率，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
本发明所述基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法扩展了改善锂离子电池安全性的思维方式，改善了电极内部结构，提高了电池安全性、提高了电子及离子传输性能等，可实现大规模生产，对锂离子电池的发展及其应用有一定的推动作用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于石墨烯的功能铜箔，其特征在于：所述功能铜箔包括铜箔基体和含石墨烯的材料涂层。
2.根据权利要求1所述功能铜箔的制备方法，其步骤为：
（1）将石墨烯、添加剂、粘结剂按质量比为（10~90）:（2~30）:（3~50）称料，然后将材料均匀分散在分散剂中；
（2）将步骤（1）中已均匀分散的浆料均匀涂覆在铜箔上在一定温度下烘干得到功能铜箔。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述粘结剂可以为聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA水系粘合剂或丙烯酸酯基础的聚合物中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂包括石墨类（如：KS-6，SO等，包括天然的、人工合成的或改性的石墨）、碳纤维、石墨烯、硬碳、碳纳米管、导电炭黑（如：乙炔黑、科琴黑等）、中间相碳微球、软碳、氮化物、硅基材料、钛酸锂中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述烘干条件为在不高于160℃的温度下烘烤20min~8h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）分散温度不高于95℃，分散时间在0.5h~10h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）涂覆方式为喷涂、刮涂或辊涂，材料涂层厚度小于300μm。
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