[发明专利]一种包含石墨烯/纤维素复合材料的电池用浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种包含石墨烯/纤维素复合材料的电池用浆料及其制备方法和应用，所述浆料包括以下组分：(a)石墨烯/纤维素复合材料、(b)水、以及(c)表面活性剂和分散剂中的至少一种；所述浆料进一步包括下述组分中的至少一种：(d)无机微纳颗粒，(e)有机微纳颗粒。所述浆料制备得到的电池不仅可以实现高倍率的锂离子电池的充放电，使锂离子电池容量高、使用寿命长性能；当所述浆料涂覆到负极表面或是涂覆到朝向负极一侧的隔膜上时，其还可以有效抑制枝晶的生长；所述包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜在使用过程中，所述隔膜的制备方法简单，反应条件温和，制作周期短，可以实现大规模工业化的生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种包含石墨烯/纤维素复合材料的锂离子电池用浆料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。其以体积小、重量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、无污染等优点而备受研究者的青睐。可广泛应用于航空航天、电子器件、日常生活的各个领域中。目前使用的锂离子电池一般都是由正负极、电解质和隔膜组成，而浆料在锂离子电池的制备和使用过程中往往发挥了重要的作用，这是由于在锂离子电池中，均采用将正极片、负极片及隔离在其中的隔膜卷绕之后得到电芯。正极一般采用铝箔作为集流体，然后在集流体的表面涂覆一层含有正极活性材料的浆料后，再烘干制备得到；另外，负极一般采用铜箔作为集流体，然后在集流体表面涂覆一层含有负极活性材料的浆料后，再烘干制备得到；隔离膜则多是采用微孔薄膜，同时为提高其性能可在微孔薄膜的表面涂覆含有陶瓷的浆料，然后烘干而成。

常规的锂电池浆料一般由电极活性材料、导电剂、粘结剂及分散剂分散均匀而成。浆料体系属于高粘稠固液两相悬浮液，电极浆料混合分散工艺是锂电池生产的重要环节。在正、负极浆料中，颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接影响锂离子在电池两极间的运动。T.J.Patey等人对锂电池浆料的混合分散技术进行了深入的研究，提出锂电池浆料的均匀分散对提高锂电池的性能具有很大的影响。

目前，公开的锂离子电池正极或负极浆料制备方法主要有两种，一种是将所有物料一次性全部混合，加入溶剂搅拌混匀，可以一次加入溶剂，也可以多次加入溶剂；另一种是先制备胶液，然后将胶液与其它物料搅拌混匀，可以一次性加入胶液，也可以分多次加入胶液。上述方法制备的浆料其均匀效果不相同，但是总的来说，采用第一种方法制备浆料的过程中容易以胶黏剂胶粒为核心，形成不同大小的团聚颗粒，影响浆料的均匀性；在第二种方法中，胶液的制备耗时且占用贮存设备，增加了设备投资和能量消耗，影响生产效率，并且在胶液与导电剂混合的时候，两者长时间的混匀接触会形成一种稳定的结构，难以分散开，影响浆料均匀性。

不仅如此，以目前的工艺制备得到的浆料制备的锂离子电池的能量密度和理论容量都相对较低，已经不能满足人们的需要，主要原因是由于现有浆料所得涂层在离子导电与电子导电二者的平衡上难于达到更为理想的平衡，制备出的电池难以实现较高倍率的充放电并保持结构稳定。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是已知的最薄、最坚硬的纳米材料，具有超轻薄、超高的力学强度、独特的气阻性、高比表面积和表面活性，并兼具了普通石墨耐高温、耐腐蚀、高润滑的特性。单层石墨烯理论厚度0.334纳米，导热系数极高、电子迁移速度极快，是目前电阻率最低的材料，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管，是当前世界重点研发和生产的新型导电、导热材料，未来将广泛应用于移动设备、航空航天、新能源电池、生物医药等工业领域。纳米级石墨微粒子是采用特殊技术、辅以先进生产工艺将纯天然鳞片石墨经长时间研磨、高速离心分离、凝析、压滤而制的，是优质石墨烯生产的新型材料。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种包含石墨烯/纤维素复合材料的电池用浆料及其制备方法，所述浆料包括以下组分：(a)石墨烯/纤维素复合材料、(b)水、以及(c)表面活性剂和分散剂中的至少一种；所述浆料进一步包括下述组分中的至少一种：(d)无机微纳颗粒，(e)有机微纳颗粒。