[发明专利]一种适应大功率工作的石墨烯涂层电池极耳结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用在锂离子电池、超级电容器和锂离子电容上适用于大功率工作的极耳结构，属于新能源和储能器件领域。

背景技术

现有的锂离子电池、超级电容器和锂离子电容等储能器件的极耳为极片上专门留出无电极层的空白铝箔区域，用于与外电路的引出端如金属导针、金属箔、金属带或金属网进行连接。一般而言，极耳与引出端的连接为焊接连接或铆接，极耳上不涂覆电极层以满足焊接或铆接要求。这种专门留出的极耳可以位于极片的两端或中央或中间任一区域以满足电流汇聚的设计要求。空白铝箔的极耳虽然利于焊接；但是在器件长期工作过程中，铝箔表面的氧化膜会慢慢生长增厚，从而使极耳部分电阻上升；尤其在大功率工作条件下，大电流的汇聚使得极耳产生明显发热，温度的上升会大大加快极耳铝箔表面氧化膜的生长加厚速度，从而使极耳电阻迅速上升，极耳电阻的上升又会反过来使得极耳发热更加严重，形成恶性循环。因此，长期大功率工作条件下，现有的空白铝箔极耳的电阻会迅速上升，导致器件电阻上升，大电流输入输出性能下降，从而使器件寿命缩短。

近年来，为了提高集流体与电极层的界面结合，出现了对集流体铝箔或铜箔进行碳层底涂的改性技术，在铝箔或铜箔上涂覆厚度为0.5-2μm的石墨烯涂层，称为涂碳铝箔或涂碳铜箔。据报道，这种涂碳铝箔或涂碳铜箔的应用能降低器件内阻，提高其倍率性能。但是，上述这种在集流体上涂碳的涂碳铝箔或涂碳铜箔只是在准备涂覆电极层的集流体区域进行碳层涂布，原有留白的极耳区域在进行这类涂碳改性时仍然会进行留白，即其预留的极耳区域仍然为未涂层的空白箔材。因此，这类集流体涂碳技术未涉及对极耳区域的改性，使用了这种涂碳铝箔的极片其极耳区域与普通未涂层箔材的极耳区域并无区别，不能改善空白箔材的极耳在大功率工作条件下的电阻上升问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明一种在铝箔极耳上附着石墨烯涂层的极耳结构，以改善其长期大电流工作条件下的氧化膜增厚和电阻上升的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种适应大功率工作的石墨烯涂层电池极耳结构，包括锂离子电池、超级电容器或锂离子电容的极片上无电极材料层的极耳箔材，该极耳箔材表面附着有石墨烯涂层。

作为优选，所述石墨烯涂层厚度为0.01-3μm。

作为优选，所述石墨烯涂层中石墨烯片径的D50在0.1-100μm之间。

作为优选，所述极耳结构与金属导针、金属带、金属箔、金属网中的一种或多种形式的引出端形成焊接或铆接结构。

作为优选，所述石墨烯涂层采用粘接剂涂覆、气相沉积或预涂覆涂层后在惰性气氛下200-600℃热处理的方式附着在极耳箔材表面。

本发明还提供一种适应大功率工作的石墨烯涂层电池极耳结构的制造方法，包括将集流体箔材中央制成极片，然后在该集流体箔材左右侧预留极耳，再在该极耳区域附着形成石墨烯涂层。

作为优选，所述石墨烯涂层在极片电极材料层涂覆前或涂覆后形成。

作为优选，包括制备石墨烯浆料，在极耳区域涂覆石墨烯浆料形成石墨烯涂层。

作为优选，所述石墨烯浆料由石墨烯与丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、环氧树脂、聚氨酯树脂中的至少一种粘结剂按比例在溶剂中混合分散制成。

作为优选，所述石墨烯涂层中的石墨烯可用碳纳米管、石墨微粉、碳纤维、炭黑、活性炭中至少一种部分或全部代替。

从以上技术方案可知，本发明通过在箔材极耳上附着石墨烯涂层作为保护，可防止或减缓极耳在大功率工作发热条件下箔材表面氧化膜的生长增厚。

附图说明

图1是本发明极耳结构的示意图。

具体实施方式

下面结合图1详细介绍本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明提出一种适应大功率工作的石墨烯涂层电池极耳结构，包括锂离子电池、超级电容器或锂离子电容的极片上无电极材料层的极耳箔材1，该极耳箔材表面附着有石墨烯涂层2，通过在箔材极耳上附着石墨烯涂层作为保护，来防止或减缓极耳在大功率工作发热条件下箔材表面氧化膜的生长增厚。其中石墨烯涂层的厚度为0.01-3μm，不会明显影响极耳与金属导针、金属带、金属箔和金属网等任一形式的引出端的焊接，涂层厚度在保证覆盖的情况下优选更薄的厚度。石墨烯的片径的D50在0.1-100μm之间，更优选的偏向大片径的粒径范围，薄而宽的石墨烯可以有效的覆盖极耳箔材的表面，减少其与外部环境的接触，有效保护箔材，降低其表面氧化膜的生长速度。