一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法，先将粘结剂、石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合制得的石墨烯导电胶涂覆于集流体上，再在石墨烯导电胶层上涂覆正极材料浆料，经烘烤、压片后得到正极片。本发明专利技术降低了极片的内阻，减小电池极化，提高电池的循环和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法
本专利技术涉及锂离子动力电池领域，尤其是涉及一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法。
技术介绍
目前，由于石油资源日渐短缺，环境污染日益严重，能源、环境已成为了社会关注的焦点，人们对大容量、高功率电池的需求越来越迫切，尤其是对汽车用动力电池的要求愈来愈高，而要满足车用的要求，电池的循环、倍率、安全性能都尤为重要，采用滚涂或喷涂技术在集流体上涂布碳层而后再将正极材料涂布于碳层上是提高电池循环和倍率性能的有效途径之一。目前涂布碳层采用的是以导电碳黑、乙炔黑、纳米碳纤维或碳纳米管等作为主要导电剂的导电胶，可以在一定程度上减小极片内阻，改善循环性能。但对于大幅度提高电池性能仍不能满足。如中国专利授权公告号：CN103187555A，授权公告日2013年07月03日的专利文件中，公开了一种锂离子动力电池正极极片的制作方法及采用该正极极片的锂离子动力电池。该锂离子动力电池正极极片的制作方法中，正极极片是由正极集流体和涂覆于其上的正极材料制得，正极材料由粘结剂、导电剂和正极活性物质组成。正极集流体为涂碳铝箔，碳涂层为导电炭黑。该专利技术解决了现有技术中使用压延铝箔极流体时内阻偏大、能量密度偏低，以及使用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱的缺点。但是该电池在降低极片内阻，降低电池内阻方面仍不能满足现代汽车用动力电池愈来愈高的要求，对于大幅度提高电池循环和倍率性能仍不能满足。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有锂电池的循环和倍率性能越来越无法满足现代汽车用动力电池的不足之处，提供了一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法，该正极片组装的电池能够提高电池的循环和倍率性能。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法，所述正极片由集流体和涂覆于集流体上的正极材料制得，正极材料由正极活性物质、导电剂、粘结剂组成，操作步骤为：1）将粘结剂、石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合，搅拌均匀后制得固含量为10%～18%的石墨烯导电胶，石墨烯与粘结剂的质量比为1.5～7:1；过程中进行搅拌操作来混合物料，将制好的石墨烯导电胶涂覆于集流体上；2）将粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，然后依次加入导电剂和正极活性物质，混合均匀后得到正极材料浆料，过程中进行搅拌操作来混合物料；3）将正极材料浆料涂覆在石墨烯导电胶层上，涂布后的正极片放入90～120℃的烘箱中烘烤8～12小时，得到半成品正极片；4）将半成品正极片经过碾压，得到正极片。石墨烯是一种二维碳原子晶体，它具有比其他碳质材料更好的导电性，运用石墨烯制成的石墨烯导电胶层均匀涂覆在集流体上，更有利于电子传输，降低极片的内阻，降低电池内阻，减小电池极化，使得电池性能提高更为明显。采用涂覆石墨烯的集流体还可以降低正极中粘结剂的含量，提高正极活性物质的含量，从而可提高电池能量密度。石墨烯导电胶10%～18%的固含量有利于导电胶的均匀涂覆。石墨烯与粘结剂的质量比为1.5～7:1，在石墨烯与集流体紧密粘合不易发生脱落的前提下，使得涂布后的极片和组装后的电池内阻值控制在较低的范围内，如果粘结剂含量过多不但会使电池内阻增大影响电池的循环和倍率性能，同时也会降低电池的能量密度。作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，步骤1）中粘结剂、石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合操作方法为：先将聚偏氟乙烯粉料分散至N-甲基吡咯烷酮溶剂中，经4～8h搅拌后得到固含量为4～10%的胶液；然后将石墨烯粉料分散至胶液中，经2～4h搅拌后得到固含量为10～18%的石墨烯导电胶。两种粉末分两步加入让石墨烯与粘结剂更均匀地分散粘合在一起。作为优选，将制得的石墨烯导电胶抽真空0.5～2h，除去导电胶中的气泡。抽真空加速除去导电胶层内气泡，比自然放置除泡效率高，效果好。作为优选，步骤1）中石墨烯导电胶涂覆于集流体上的方法为：采用喷涂的方式将石墨烯导电胶均匀涂覆在集流体上，涂布速度为10～20m/min，涂布面密度为1.5～3g/m2，涂层厚度为0.5～5μm，然后经烘箱烘烤后进行收卷，烘烤温度为90～110℃。现锂电行业常用的涂布机有喷涂式涂布机和滚涂式涂布机，喷涂比滚涂式涂布机涂布出来的效果更加均匀，可以有效控制涂布时的面密度，一定程度上提高电池的一致性。作为优选，以质量百分比计，正极材料由70～96%的正极活性物质、2～20%的导电剂和2～10%的粘结剂组成；其中正极活性物质为LiYO2、LiZPO4和xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中的一种或几种，其中Y为Ni、Co、Mn中的一种或几种，Z为Fe、Co、Ni、Mn中的一种或几种，M为Fe、Co、Ni、Mn中的一种或几种，0＜x＜1；导电剂为超导电炭黑、碳纳米管中的一种或几种。作为优选，步骤2）中正极材料浆料各组分比例，以质量百分比计，粘结剂占2~10份量，N-甲基吡咯烷酮占80~100份量，导电剂占2~20份量，正极活性物质占70~96份量。作为优选，正极活性物质分两次等量加入，两次加入操作间隔为30min，搅拌2～4小时后再加入N-甲基吡咯烷酮，将正极材料浆料粘度调整在6000～8000cp之间。正极活性物质分两次等量加入更有利于正极活性物质分散均匀，正极材料浆料的粘度过低或过高都会影响浆料的涂布效果。作为优选，所述集流体为厚度10～25μm的铝箔。作为优选，步骤3）正极材料浆料的涂布面密度为260～460g/m2。作为优选，步骤4）正极片的压实密度为1.5～3.8g/cm3。该专利技术具有以下有益效果：运用石墨烯制成的石墨烯导电胶层均匀涂覆在集流体上，有利于电子传输，降低极片的内阻，降低电池内阻，减小电池极化，使得电池性能提高。附图说明图1是实施例1两种正极片组装成电池后的放电测试图。图2是实施例1两种正极片组装成电池后的充放电循环测试图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。实施例1以质量百分比计，将10份量粘结剂聚偏氟乙烯粉料经4h搅拌溶解于157份量N-甲基吡咯烷酮溶剂中得到固含量为6%的胶液，再将19份量石墨烯粉料分散至胶液中，经2h搅拌后，制得固含量为16%的石墨烯导电胶，测得石墨烯导电胶粘度为3300cp，细度在10μm以下。将该石墨烯导电胶经0.5h抽真空除气泡。除好气泡的石墨烯导电胶用Coatingdie喷涂式涂布机喷头，均匀喷涂在集流体上，集流体为厚度为20μm的铝箔，喷涂速度控制在15m/min，控制石墨烯涂布面密度为2.5g/m2，涂层厚度为5μm，经105℃烘烤后得到涂覆好的石墨烯铝箔。取由90%的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、3%的超导电炭黑、2%的碳纳米管和5%的聚偏氟乙烯组成的正极材料备用，其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极活性物质，超导电炭黑和碳纳米管为导电剂，以质量百分比计，将5份量的聚偏氟乙烯加入80份量的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌12小时后加入3份量超导电炭黑和2份量碳纳米管，搅拌2小时，然后将90份量LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2分两次等量加入并进行搅拌，两次加入操作间隔30分钟，搅拌3小时后再加入N-甲基吡咯烷酮将浆料调整粘度在8000cp，得正极材料浆料。预留极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法，所述正极片由集流体和涂覆于集流体上的正极材料制得，正极材料由正极活性物质、导电剂、粘结剂组成，其特征在于，操作步骤为：1）将粘结剂、石墨烯粉末和N‑甲基吡咯烷酮溶剂混合，搅拌均匀后制得固含量为10%～18%的石墨烯导电胶，石墨烯与粘结剂的质量比为1.5～7:1；过程中进行搅拌操作来混合物料，将制好的石墨烯导电胶涂覆于集流体上；2）将粘结剂加入N‑甲基吡咯烷酮溶剂中，然后依次加入导电剂和正极活性物质，混合均匀后得到正极材料浆料，过程中进行搅拌操作来混合物料；3）将正极材料浆料涂覆在石墨烯导电胶层上，涂布后的正极片放入90～120℃的烘箱中烘烤8～12小时，得到半成品正极片；4）将半成品正极片经过碾压，得到正极片。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制作方法，所述正极片由集流体和涂覆于集流体上的正极材料制得，正极材料由正极活性物质、导电剂、粘结剂组成，其特征在于，操作步骤为：1）将粘结剂、石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合，搅拌均匀后制得固含量为10%～18%的石墨烯导电胶，石墨烯与粘结剂的质量比为1.5～7:1；过程中进行搅拌操作来混合物料，将制好的石墨烯导电胶涂覆于集流体上；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，粘结剂、石墨烯粉末和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合操作方法为：先将聚偏氟乙烯粉料分散至N-甲基吡咯烷酮溶剂中，经4～8h搅拌后得到固含量为4～10%的胶液，然后将石墨烯粉料分散至胶液中，经2～4h搅拌后抽真空0.5～2h除去导电胶中的气泡，得到固含量为10～18%的石墨烯导电胶；石墨烯导电胶涂覆于集流体上的方法为：采用喷涂的方式将石墨烯导电胶均匀涂覆在集流体上，涂布速度为10～20m/min，涂布面密度为1.5～3g/m2，涂层厚度为0.5～5μm，然后经烘箱烘烤后进行收卷，烘烤温度为90～110℃；2）将粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，然后依次加入导电剂和正极活性物质，混合均匀后得到正极材料浆料，过程中进行搅拌操作来混合物料；3）将正极材料浆料涂覆在石墨烯导电胶层上，涂布后的正极片放入90～120℃的烘箱中烘烤8～12小时，得到半成品正极片；4）将半成品正极片经过碾压，得到正极片。2.根据权利要求1所述的一种含石墨烯导电胶层的锂离子电池正极片的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟瑛，吕豪杰，殷月辉，陈军，
申请(专利权)人：浙江万向亿能动力电池有限公司，万向电动汽车有限公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33