一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6‑8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度8‑10m/min，张力20‑25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6‑7m/min，张力30‑40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。本发明专利技术使用石墨烯薄膜为电极集流体，比使用铝箔和铜箔作为集流体节省成本10‑20％；且重量较铜箔和铝箔轻40％‑70％，在大规模生产中更便于操作；使用石墨烯薄膜的电极倍率性能和循环性能更好；石墨石墨烯薄膜的锂离子电池具有更好的导热性，其安全性能比使用铜和铝为集流体的锂离子电池更好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池
本专利技术属于聚合物锂离子电池领域，更具体地，涉及一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池。
技术介绍
石墨烯是只有一个碳原子层厚度的石墨，具有理想的二维晶体结构，碳原子通过SP2杂化成键，与周围其他三个碳原子以C—C单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的p电子，未成对的p电子在与平面垂直的方向形成π轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的导电性能。石墨烯只有一个碳原子厚度，并且是己知材料中最薄的一种，然而却非常牢固坚硬，它比钻石还强硬，其强度比钢铁还高100倍。石墨烯也是目前己知导电性能最出色的材料，其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。此外，石墨烯还具有许多优异的性能:如较高的杨氏模量、热导率、较高的载流子迁移率、巨大的比表面积、铁磁性等等。这些优越的性质及其特殊的二维结构使得科学家认为石墨烯拥有非常美好的发展前景。其中在储能领域，石墨烯可以作为锂离子电池、超级电容器、太阳能电池和燃料电池等储能器件的电极材料。现有锂离子电池体系中，铝箔和铜箔分别作为正负极集流体，其具有操作方便，导电性能好等优点。但是，使用铝箔和铜箔作为集流体也有一些缺点：1.金属成本较高，其中价格为铜箔＞铝箔＞石墨烯薄膜；2.正负极导热系数不一致，铜导热系数为380W/m.k,铝导热系数为202W/m.k,而石墨导热系数为1200W/m.k，比铝和铜的导热系数分别高6倍和4倍；3.使用金属箔材作为电极集流体时，电极经过辊压工序后，会在辊压方向产生延伸，对电极性能会产生不良影响，但是石墨烯薄膜经过辊压后的延伸率可以忽略不计，易于锂离子电池电极加工。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，以石墨烯薄膜作为锂离子电池集流体。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度8-10m/min，张力20-25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。优选地，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt％-95.0wt％、CNTs0.7wt％-1.2wt％、碳黑CB1.0wt％-2.0wt％、PVDF2.5wt％-3.5wt％、NMP0.25wt％-0.35wt％。优选地，所述负极浆料为：石墨93.5wt％-94.5wt％、碳黑CB2.0wt％-2.5wt％、PVDF3.5wt％-4.0wt％。优选地，所述钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度为2.8-3.0g/cc。优选地，所述石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm；振实密度：1.0-1.15g/cc。优选地，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm，负极片的厚度为0.128-0.135mm。优选地，使用导电胶粘结石墨烯薄膜，正极使用铝极耳，负极使用铜极耳，导电胶包含CNTs、PVDF、NMP。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)使用石墨烯薄膜为电极集流体，比使用铝箔和铜箔作为集流体节省成本10-20％。(2)石墨烯作为集流体，重量较铜箔和铝箔轻40％-70％，在大规模生产中更便于操作。(3)石墨烯的电阻率为1.0*10-6Ω.cm,铜的电阻率为1.7*10-6Ω.cm,铝的电阻率为2.9*10-6Ω.cm，石墨烯的电导率约为铜的2倍，铝的3倍，所以使用石墨烯薄膜的电极倍率性能和循环性能更好。(4)铜导热系数为380W/m.k，铝导热系数为202W/m.k,而石墨导热系数为1200W/m.k，石墨石墨烯薄膜的锂离子电池具有更好的导热性，其安全性能比使用铜和铝为集流体的锂离子电池更好。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。以下以具体实施条件为例对本专利技术方法进行进一步说明。实施例1一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度10m/min，张力25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度7m/min，张力30MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。其中，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt％、CNTs1.2wt％、碳黑CB1.05wt％、PVDF3.5wt％、NMP0.25wt％；所述钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度为2.8-3.0g/cc。所述负极浆料为：石墨94.5wt％、碳黑CB2.0wt％、PVDF3.5wt％；所述石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm；振实密度：1.0-1.15g/cc。所述正极片的厚度为0.115-0.125mm，负极片的厚度为0.128-0.135mm。使用导电胶粘结石墨烯薄膜，正极使用铝极耳，负极使用铜极耳，导电胶包含CNTs、PVDF、NMP，按现有方法混合制成导电胶。所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。实施例2本实施例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极片的涂覆条件为：速度8m/min，张力20MPa；所述负极片的涂覆条件为：速度6m/min，张力40MPa。所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。实施例3本实施例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极浆料为：钴酸锂95.0wt％、CNTs0.7wt％、碳黑CB1.45wt％、PVDF2.5wt％、NMP0.35wt％；所述负极浆料为：石墨93.5wt％、碳黑CB2.5wt％、PVDF4.0wt％。所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。对比例1本对比例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正、负极片的石墨烯薄膜的厚度均为10μm。所述锂离子电池的电导率、循环性能较实施例的锂离子电池更差。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约75％。对比例2本对比例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极片的涂覆条件中：温度依次为60℃、100℃、120℃、130℃、90℃、50℃；负极片的涂覆条件中：温度依次为：50℃、80℃、100℃、130℃、80℃、40℃。所述锂离子电池的电导率、循环性能较实施例的锂离子电池更差。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约73％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6‑8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度 8‑10m/min，张力20‑25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6‑7m/min，张力30‑40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度8-10m/min，张力20-25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt%-95.0wt%、CNTs0.7wt%-1.2wt%、碳黑CB1.0wt%-2.0wt%、PVDF2.5wt%-3.5wt%、NMP0.25wt%-0.35wt%。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何彬，汤小龙，
申请(专利权)人：东莞市三臻科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44