[发明专利]还原氧化石墨烯在高容量锂离子电池中的应用

说明书

提供了制造电极的系统和方法。一种示例方法可包括：通过刀片将浆料设置于到集流体表面上，所述浆料包括活性材料和溶剂；通过电场源在刀片和集流体之间施加电场；干燥设置在集流体表面的浆料以除去溶剂。在将浆料沉积到当前刀片表面上的同时，连续施加电场。电场通过引起活性材料与集流体之间的范德华相互作用和极化吸引，从而影响浆料部分的结构。所述浆料可包含95％的石墨，3％的粘合剂和5％的还原氧化石墨烯。所述溶剂可包括4∶1的水与异丙醇的混合物。

技术领域

本申请属于电池领域，更具体涉及还原氧化石墨烯在高容量锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池已在适用于可充电电池解决方案的产品和系统中变得非常流行。为了制造锂电池，使用浆料涂层施加到集流体材料上来构造电极。当前，石墨阳极和粘合剂(典型地，如羧甲基纤维素(CMC)和苯乙烯丁二烯橡胶(SBR))，被用于将活性材料沉积到集流体上。石墨阳极的容量约为372毫安小时每克(mAhg^-1)。因此，使用石墨阳极会降低锂电池的容量。粘合剂不参与锂化或脱锂过程。另外，粘合剂增加了电芯中的电荷转移阻力。通常，电芯中粘合剂的量为约5％。因此，当所有电芯都组装成组模块时，即便只有1％，对总容量也是一个重要的因素。从制造和/或加工的观点出发，需要增加锂电池的供电量。

发明内容

本创新技术，粗略而言，使用活性材料来减少浆料混合物中的非活性粘合剂材料的含量，并将电场施加至刀片(blade)以将浆料混合物设置于电流电极上，从而实现在浆料混合物和电流电极表面之间更强的接触。活性材料可以包含还原氧化石墨烯(reducedgraphene oxide)。还原氧化石墨烯与浆料混合的混合物可提高电流电极的性能，因为还原氧化石墨烯具有高于1000mAhg^-1的能量密度，该能量密度高于现有在浆料混合物中使用的石墨的能量密度。因此，在电池的电流电极的浆料涂层中使用还原氧化石墨烯可以增加电池的总容量。

根据本公开的一个实施例，公开了一种制造电极的系统。所述系统可以包含涂覆机，被配置为保护集流体。所述系统可以包含刀片，被配置为将浆料设置于集流体表面上。所述浆料可以包含活性材料和非活性材料。所述系统可以进一步包含电场源，所述电场源被配置为在刀片和集流体之间施加电场。

当将浆料设置于集流体表面时，可以连续施加电场。施加电场通过引起氧化石墨烯活性材料与集流体之间的相互作用，而影响至少一部分浆料的结构。施加电场可能会导致极化吸引和石墨烯氧化物的氧化基团与带正电的集流体之间的范德华相互作用(Vander Waals interaction)，以紧固浆料与集流体表面之间的接触。

所述刀片被配置为以65微米的厚度设置浆料。所述电场源可以被配置为施加至少50伏的电场。电场源可以被配置为向刀片提供负电荷并且向集流体提供正电荷。

所述活性材料可包含还原氧化石墨烯。所述浆料可包含固形物(solid content)溶解在4∶1的水和异丙醇混合物中的40％溶液。所述固形物可包含92％的石墨，3％的粘合剂和5％的还原氧化石墨烯。

根据本公开的另一实施例，公开了一种制造电极的方法。所述方法可包含通过刀片将浆料设置到集流体表面。所述浆料可以包含活性材料和溶剂。所述方法可以包含通过电场源在刀片和集流体之间施加电场。所述电场可通过引起活性材料与集流体之间的相互作用，从而影响浆料的部分结构。所述方法可以包含使施加到集流体表面上的浆料干燥，以去除溶剂。

所述活性材料包含还原氧化石墨烯。所述浆料可包含固形物溶解在4∶1的水和异丙醇混合物中的40％溶液。所述固形物可包含92％的石墨，3％的粘合剂和5％的还原氧化石墨烯。所述方法可以包含采用行星球混合机(planetary ball mixer)混合浆料30分钟。