一种正极集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种正极集流体及其制备方法，包括以下步骤：提供洁净金属铝箔；取石墨烯、磷酸和粘结剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀形成浆料，将所述浆料均匀涂覆在金属铝箔的一面，然后置于烘箱中，在80~100℃下干燥6~12小时；干燥完毕后，将上述浆料涂覆在金属铝箔的另一面，在80~100℃下干燥6~12小时，得到双面具有石墨烯涂层的正极集流体。本发明专利技术提供的正极集流体，包括金属铝箔和石墨烯涂层，石墨烯涂层设置在金属箔表面，起到保护金属集流体的作用，同时石墨烯涂层作为导电层可以增强集流体与电极材料的相容性，提高电化学器件的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种正极集流体及其制备方法，包括以下步骤：提供洁净金属铝箔；取石墨烯、磷酸和粘结剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀形成浆料，将所述浆料均匀涂覆在金属铝箔的一面，然后置于烘箱中，在80~100℃下干燥6~12小时；干燥完毕后，将上述浆料涂覆在金属铝箔的另一面，在80~100℃下干燥6~12小时，得到双面具有石墨烯涂层的正极集流体。本专利技术提供的正极集流体，包括金属铝箔和石墨烯涂层，石墨烯涂层设置在金属箔表面，起到保护金属集流体的作用，同时石墨烯涂层作为导电层可以增强集流体与电极材料的相容性，提高电化学器件的功率密度。【专利说明】一种正极集流体及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学领域，特别是涉及一种正极集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
集流体是一种汇集电流的结构或零件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率，作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻小等特点。石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。石墨烯拥有优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，可用于电极材料、复合材料等。 目前，锂离子电池正极集流体一般采用铝箔，在充电过程中，金属集流体直接接触电解液，因此，较易发生腐蚀现象；另外，金属集流体与活性物质粘附不牢，界面很难紧密结合，影响了电极材料的利用率并增大了接触电阻；此外，锂离子与铝箔会发生嵌锂反应，破坏铝箔，从而导致集流体稳定性与寿命降低。目前比较常用的解决这一现象的方法是在金属集流体表面涂覆导电碳层来降低接触电阻，但仍然不能阻止嵌锂反应的发生，且涂覆导电碳层技术复杂，成本高，因此，急需寻求一种不易被腐蚀，与电极活性材料有良好相容性的正极集流体。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术旨在提供一种正极集流体及其制备方法和应用，该正极集流体包括金属铝箔和石墨烯涂层，其制备方法在铝箔表面设置石墨烯涂层时，在石墨烯浆料中加入了磷酸，磷酸对铝箔表面产生刻蚀，从而增加了集流体的表面粗糙度，增强了石墨烯涂层在铝箔表面的附着能力。石墨烯涂层附着在金属铝箔表面，起到保护金属集流体的作用，同时石墨烯涂层作为导电层可以增强集流体与电极材料的相容性，提高电化学器件的功率密度。第一方面，本专利技术提供一种正极集流体的制备方法，包括以下步骤:( I)提供洁净金属铝箔；(2)取石墨烯、磷酸和粘结剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀形成浆料，将所述浆料均匀涂覆在所述金属铝箔的一面，然后置于烘箱中，在80-100?下干燥6~12小时；所述石墨烯、磷酸、粘结剂占三者总质量的百分比分别为9广93%、广2%、5~8% ;所述有机溶剂占所述浆料总质量的40~60% ;所述磷酸的质量浓度为85、8% ；(3)干燥完毕后，将上述浆料涂覆在金属铝箔的另一面，在80-100?下干燥6~12小时，得到双面具有石墨烯涂层的正极集流体。优选地，石墨稀涂层的厚度为I 5 μ m。优选地，金属铝箔的厚度为6~10 μ m。金属铝箔的清洁操作:先用丙酮溶液清洗，再放入0.5~lmol/L的NaOH溶液中浸泡30s，然后用去离子水冲洗，最后置于烘箱中60°C干燥6h。清洁操作可除去铝箔表面的油污和氧化铝薄膜。优选地，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO )、N，N- 二甲基甲酰胺(DMF )、N，N- 二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)或聚四氟乙烯(PTFE)。与现有技术相比，本专利技术在铝箔表面设置石墨烯涂层时，在石墨烯浆料中加入了磷酸，磷酸的作用在于:能对铝箔表面产生刻蚀，使铝箔表面形成很多腐蚀坑，从而增加集流体的表面粗糙度，增强石墨烯涂层在铝箔表面的附着能力。优选地，所述涂覆的方式为刮涂或旋涂。本专利技术对于石墨烯的来源不限。优选地，所述石墨烯由下述方法制备得到:(I)将膨胀石墨加入到N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮的水溶液中，配置成浓度为0.25^1mg/mL的膨胀石墨溶液，超声0.5~lh后，将溶液放入石英反应釜中，1500C~200°C的温度下反应5~12h ；(2)待石英反应釜冷却至室温后，以60(Tl000rpm的速率超声5(Tl00min，过滤固体产物，用丙酮和乙醇反复清洗，并在80°C的真空干燥箱中干燥，最后，将其放入60(T800W的微波反应器中加热6(Tl20s，得到石墨烯。优选地，所述膨`胀石墨按如下方法制备得到:将纯度为99、9.5%，颗粒粒径为100^500目的可膨胀石墨升温到80(Tl20(rC，加热l(T60s，热剥离得到膨胀石墨。用上述方法制备得到的石墨烯无需经过氧化还原步骤，因而所得石墨烯产品电导率高。本专利技术通过磷酸腐蚀金属铝箔表面，粘结剂涂覆制备得到的具有石墨烯涂层的正极集流体，石墨烯涂层在金属铝箔上的附着稳定性强，石墨烯涂层作为导电层在集流体表面可以增强集流体与电极材料的相容性，减小集流体与活性材料的界面接触电阻，降低电化学器件的内阻，从而使功率密度得到提高；本专利技术所制备的正极集流体是由金属铝箔和石墨烯涂层组成，石墨烯化学稳定性高，不易被腐蚀，则可在金属铝箔的表面形成保护层，避免金属铝箔直接与电解液接触，从而可提高电化学器件的循环寿命。第二方面，本专利技术提供一种正极集流体，该正极集流体由上述方法制备得到。该正极集流体包括铝箔和设置在所述铝箔两面的石墨烯涂层，所述金属铝箔的厚度为6~10 μ m，所述石墨烯涂层的厚度为I飞μπι。第三方面，本专利技术还提供了该正极集流体在超级电容器和锂离子电池中的应用。本专利技术提供的正极集流体及其制备方法和应用，具有如下有益效果:(I)本专利技术提供的正极集流体的制备方法，利用磷酸腐蚀金属铝箔表面，粘结剂涂覆在金属铝箔上制备石墨烯涂层，石墨烯涂层在金属铝箔上附着稳定性高，工艺简单；(2)本专利技术提供的具有石墨烯涂层的正极集流体，石墨烯导电率高，石墨烯涂层作为导电层在集流体表面可以增强集流体与电极材料的相容性，减小集流体与活性材料的界面接触电阻，降低电化学器件的内阻，从而使电化学器件功率密度得到提高；(3)本专利技术提供的具有石墨烯涂层的正极集流体，石墨烯化学稳定性高，不易被腐蚀，则可在金属铝箔的表面形成保护层，避免金属铝箔直接与电解液接触，从而可提高电化学器件的循环寿命；(4)本专利技术提供的具有石墨烯涂层的正极集流体，可用作超级电容器和锂离子电池的正极集流体。【具体实施方式】以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例一一种正极集流体的制备方法，包括以下步骤:(I)提供洁净金属铝箔:将厚度为6μπι的铝箔先用丙酮溶液清洗，以除去其表面的油污，再放入0.5mol/L的NaOH溶液中浸泡30s，以除去其表面的氧化铝薄膜，然后用去离子水冲洗，在烘箱中60°C干燥6h ；(2)石墨烯的制备:a.将纯度为99%，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，吴凤，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：