[发明专利]一种集流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池领域，尤其涉及一种集流体及其制备方法。

背景技术

锂二次电池作为一种高容量、长寿命的储能系统，在小型便携式电子产品中得到了广泛使用，而其在高功率动力电池和大容量储能电池中的应用前景更吸引了全世界的目光。高性能锂离子电池的研发是电化学储能领域的一项重要任务。

在锂二次电池中，活性材料均匀涂布于铝箔或铜箔集流体表面，集流体通过与活性材料的物理接触将电化学反应产生的电子汇集并导出至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。由此可推知，集流体与活性材料间的接触是锂离子电池充放电性能的重要影响因素。

目前常规的锂二次电池极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于铝箔或铜箔表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。然而，这样的结构设计存在如下两方面的缺陷：1)刚性的金属集流体与活性材料颗粒间的接触面积有限，界面电阻较大，引起电池内阻的上升，对于电池性能特别是大电流充放电条件下的性能存在负面影响；2)粘结剂的粘结强度有限，在持续的充放电过程中，很容易发生活性材料与集流体间的膨胀脱离，导致电池内阻进一步加大，使得循环寿命和电池的安全性能受到影响。因此，降低集流体与活性材料间的界面电阻，提高两者之间的粘结强度是提升锂二次电池性能的重要手段。

对集流体进行表面处理是实现上述目标的主要途径。目前已报道的方法主要有两种，一种是通过化学或物理的方法对集流体进行表面刻蚀，形成凹凸不明的粗糙表面，从而提高集流体与活性材料的接触面积，并增强附着力。但该方法技术工艺要求较高，成本较为昂贵，不利于大规模的生产需要。另一种方法是在集流体表面涂覆含导电材料的薄层，该薄层需要有良好的导电能力，较高的比表面积，优良的粘结性能，并且相对于金属集流体具有更好的形变能力，从而增加活性材料与集流体间的导电接触，减小界面电阻，并提高两者间的粘结强度。同时该方法可以利用现有的电池涂布设备，操作简便，成本低廉，是集流体表面改性的一个重要发展方向。

在上述的导电涂层中，导电材料的选择无疑是最重要的环节。从导电性能和成本综合考虑，碳材料是最适合的选择。碳材料种类繁多，常见的有石墨、碳黑、碳纳米管和碳纤维等。但是由于石墨或碳黑是三维结构，石墨或碳黑与铜箔的接触构成点接触，从而使形成的导电涂层不致密，易脱落，在一定程度上影响界面电阻和粘结强度，最终影响电池的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种二次电池集流体，通过对集流体表面进行石墨烯涂层改性，降低了集流体与活性材料间的接触电阻，提高两者间的粘结力，最终实现对电池性能的全面提升。

本发明公开了一种集流体，包括集流体箔材，所述集流体箔材至少一面上具有含石墨烯和粘结剂的涂层。

本发明还公开了一种集流体的制备方法，包括：

将石墨烯和粘结剂在溶剂中分散，形成浆料；将所述浆料涂敷于集流体箔材的至少一个表面上，形成含有石墨烯和粘结剂的涂层；然后进行干燥。

优选的，所述石墨烯与粘结剂的质量比为(1～49)∶1。

优选的，所述石墨烯的层数为单层或在1～30层之间；所述石墨烯的碳含量＞95wt％，所述石墨烯的体导电率＞100S/cm。

优选的，所述分散的方法为搅拌、高速剪切、乳化和超声中的一种或几种。

优选的，所述溶剂为水、水和乙醇的混合溶剂或N-甲基吡咯烷酮。

优选的，所述将石墨烯和粘结剂在溶剂中分散的步骤之后还包括：脱泡处理和过筛。

优选的，所述浆料的固含量为0.2～20wt％，所述浆料的粘度为50～5000mPa·s。

优选的，所述涂层的厚度为0.005～10微米。

优选的，所述涂层在集流体箔材表面的覆盖率为30％～100％。

优选的，所述涂层还包括石墨、碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。