[发明专利]一种纳米石墨涂层改性集流体

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种纳米石墨涂层改性集流体。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭，以及对环境保护问题的日益重视，人们对于新型绿色高效能源的需求日益迫切。锂离子电池作为具有强大竞争优势的新能源受到了格外的重视，除了在现有的小型便携式电池中的广泛应用外，锂离子电池在大功率、高能量的动力电池中的发展前景更是让人期待，此外储能电池对寿命和安全性能也有了更高的要求。

现有锂电池在动力、安全性能及寿命方面都存在较大问题，为了解决上述问题，研究工作者试图通过以下方式进行改进：（1）改性正负极活性材料；（2）改善导电剂；（3）改善电解液和隔膜；（4）改进电池制作工艺；（5）对集流体进行改进。

上述改进方式中，对集流体的改进效果显著，德国汉高公司将导电炭黑涂覆在铝箔表面，可以降低电池内阻，延长电池寿命。国内研究单位采用石墨烯涂覆于铝箔表面(如CN 102593464A的发明)，可以进一步降低电池内阻。

然而石墨烯成本高，生产困难；而导电炭黑导电性能差。寻找一种成本低廉、导电性能优异的材料用于改性涂层，替代石墨烯和导电炭黑，从而达到提高锂电池综合性能非常重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种纳米石墨涂层改性集流体，生产成本低，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种纳米石墨涂层改性集流体，包括集流体箔材，所述集流体箔材的单面或双面具有含纳米石墨的涂层。

本发明采用纳米石墨作为涂层的主要功能材料，纳米级石墨材料保留了高石墨化程度石墨的特点，导电、导热效果好，同时纳米化的特点可以提高石墨材料的分散性、涂覆效果等，适合于作为涂层材料。此外纳米石墨材料较石墨烯成本低廉，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

集流体箔材为铝箔或铜箔，若作为锂电池负极集流体，上述涂层将附着在铜箔上，若作为锂电池正极集流体，上述涂层将附着在铝箔上。

所述纳米石墨材料微观形貌为平面状、片状、棒状、球状或其它无规则形状。

作为优选，所述含纳米石墨的涂层厚度为50纳米至10微米。本发明的涂层厚度应在合理的范围内，当涂层过薄小于50纳米时，纳米石墨不足以覆盖集流体箔材，此时很难发挥涂层的功效；当涂层过厚大于10微米时，由于纳米石墨导电性低于集流体箔材，导致整体导电效果不足，涂层优选厚度为100纳米至5微米，

作为优选，所述含纳米石墨的涂层的原料包括导电剂和粘结剂，导电剂与粘结剂的质量比为4-99:1。导电剂与粘结剂的质量比优选为9-99:1。

作为优选，所述导电剂为纳米石墨，或所述导电剂为纳米石墨与膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、导电炭黑、中间相碳微球、乙炔黑、Super-Li、KS-6中的一种或几种的组合形成的混合物，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于30%。Super-Li即Super P Li，作为优选，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于50%。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、LA系列粘结剂中的一种或几种组合。

作为优选，所述纳米石墨参照石墨的晶体结构表示方法，沿z方向平均尺寸介于3纳米至100纳米之间，沿xy平面方向平均尺寸介于3纳米至100微米之间。本发明的纳米石墨由于在Z方向具有纳米结构，尺寸为3纳米至100纳米，因此，与普通的石墨材料相比，纳米石墨易于形成优异的导电网络；与其他的纳米碳材料相比，纳米石墨的石墨化程度高，导电、导热性能优异，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，提高散热效果。此外，某些高石墨化的材料如石墨烯、碳纳米管，价格昂贵，生产制备困难，而纳米石墨材料制备方法简单，易于规模化生产，成本低廉，适合于市场推广。

作为优选，所述纳米石墨沿xy平面方向主要为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格，沿z方向主要为碳原子以π键结合。