[发明专利]带石墨烯/金属线复合层的锂电池、正极片及制备方法

说明书

本发明公开一种带石墨烯/金属线复合层的锂电池、正极片及制备方法，该带石墨烯/金属线复合层的锂电池正极片包括正极基板、石墨烯/金属线复合层和正极活性层，若干个所述石墨烯/金属线复合层和若干个所述正极活性层间隔叠层设置于所述正极基板上，且各所述石墨烯/金属线复合层的厚度为各所述正极活性层的厚度的万分之一至十万分之一。本发明的技术方案中，在锂电池的正极基板上，间隔叠层设置有石墨烯/金属线复合层和正极活性层，石墨烯/金属线复合层可以有效提高正极活性层中的电子导电率和锂离子扩散速率。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种带石墨烯/金属线复合层的锂电池、正极片及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，也即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来实现电池的充放电。

在现有的锂离子电池的正极材料中，具有橄榄石架构的磷酸铁锂（LiFePO₄）正极材料以其原料来源广泛、价格便宜、无毒、对环境友好、无吸湿性、理论比容高、工作电压相对适中等优点成为锂离子电池首选正极材料；但磷酸铁锂低的电子导电率和低的锂离子扩散速率导致其在大电流充放电时的性能较差，制约了磷酸铁锂材料在动力电池领域的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种带石墨烯/金属线复合层的锂电池、正极片及制备方法，旨在解决现有的以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池导电率低和锂离子扩散速率慢的问题。

为实现上述目的，本发明提出的带石墨烯/金属线复合层的锂电池正极片包括正极基板、石墨烯/金属线复合层和正极活性层，若干个所述石墨烯/金属线复合层和若干个所述正极活性层间隔叠层设置于所述正极基板上，且各所述石墨烯/金属线复合层的厚度为各所述正极活性层的厚度的万分之一至十万分之一。

优选地，所述石墨烯/金属线复合层是以金属线作为催化剂模板通过等离子体化学气相沉积法使碳源在所述金属线或金属丝的外表面生成石墨烯覆层而形成的。

优选地，所述金属线的直径为100nm~500μm。

优选地，所述金属线为纳米铁线、纳米铜线、纳米钴线、纳米镍线、纳米钼线、纳米铂线、纳米钨线、纳米钒线或其合金纳米线。

优选地，所述正极活性层采用磷酸铁锂或钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料。

为实现上述目的，本发明提出的带石墨烯/金属线复合层的锂电池包括如上述任一项所述的带石墨烯/金属线复合层的锂电池正极片。

为实现上述目的，本发明提出的制备上述任一项所述的带石墨烯/金属线复合层的锂电池正极片的方法包括步骤：

a.在正极基板上采用电沉积法制备金属线，并将作为催化模板的金属线放入化学气相沉积反应室，导入氢气和保护气，加热至反应温度500~1000℃后，恒温20~40分钟，导入碳源进行反应，反应结束后冷却至室温，制得第一层石墨烯/金属线复合层；

b.使用N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏乙烯，将正极活性材料与溶解的聚偏氟乙烯溶液按照质量比20:1混合后放入球磨机中研磨，并干燥制得正极活性材料浆料；

c.将所述正极活性材料浆料涂覆于所述第一层石墨烯/金属线复合层上，并干燥制得第一层正极活性层；

d.在所述第一正极活性层上采用如步骤a所述的方法制得第二层石墨烯/金属线复合层；

e.在所述第二层石墨烯/金属线复合层上涂覆所述正极活性材料浆料，并干燥制得第二层正极活性层；

f.多次重复步骤d和步骤e以获得间隔设置的石墨烯/金属线复合层和正极活性层。

优选地，所述碳源为甲烷、乙烯、乙炔、乙烷、丙烷、丙烯或它们的混合气体。