[发明专利]一种石墨烯柔性电极片及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯柔性电极片及其制备方法与应用。所述石墨烯柔性电极片包括石墨烯复合活性材料、辅助导电剂和粘结剂，所述石墨烯复合活性材料、辅助导电剂和粘结剂的质量比为(80‑97):(1.5‑10):(1.5‑10)；所述石墨烯复合活性材料包括质量比0.02‑0.1:1的石墨烯和活性物质。制备时将膨胀石墨、分散剂和溶剂混合进行预分散，得到预分散液；预分散液与活性物质混合进行均质处理、砂磨、过筛，得到石墨烯复合活性材料分散液；石墨烯复合活性材料分散液与辅助导电剂、粘结剂混合造粒，经反复热辊压，得到所述石墨烯柔性电极片。该制备方法简单，可显著降低电极电阻，提高电极活性物质负载量及容量利用率。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯柔性电极片及其制备方法与应用，属于电池技术领域。

背景技术

锂离子电池作为目前最高效的能源存储装置，在消费电子、无人机及电动汽车等多个领域已经获得了广泛应用。纵观锂离子电池的应用场景，根据需求可以归为以下三类：(1)便携电子设备用能量型锂离子电池；(2)电动汽车及军事装备用高能量、高功率型锂离子电池；(3)储能装置用长寿命锂离子电池。柔性电极具有高比能量、结构柔性等独特的优势，可应用于可穿戴、便携电源领域。碳材料作为锂离子电池中的电极导电剂及活性材料颗粒连接载体，其结构、形貌以及在活性物质中的分散对锂离子电池的电化学性能和柔性极片的力学性能都有重要影响。

石墨烯作为近年来发展起来的新型二维结构碳材料，电导率高、导热性能好，应用在锂离子电池正负极活性材料中制备复合电极材料可以大幅度提高活性材料的电化学性能，同时，石墨烯本身还具有一定的柔性可以发生褶皱弯曲，对于制备柔性电极良好的作用。

然而，传统方法制备复合电极材料通常采用已经制备好的石墨烯粉体再和活性材料进行混合，经过抽滤、球磨等工艺进行制备，不仅工艺复杂、成本高，而且由于石墨烯无法在活性材料中良好分散，造成所制备的柔性复合电极材料电化学性能不稳定，极片内存在应力集中区域造成极片力学强度不够，成型困难，无法实现批量化的应用。

发明内容

本发明正是针对上述现有电极制备技术的缺陷而设计提供了一种一步法制备的石墨烯柔性电极及其方法，该新型方法成本经济、简便易行，在复合材料制备过程中，石墨烯直接由高膨胀倍率膨胀石墨经过均质剥离得到，剥离的同时在溶剂中并在分散剂的作用下和活性材料进行复合，减少了传统方法中石墨烯首先需要制备并干燥的过程，减少了工艺流程，降低了成本，提高了石墨烯在活性物质中的分散性。所制备的电极片有效活性物质载量高、具有自支撑柔性，以弥补现有技术的不足。

本发明提供一种石墨烯柔性电极片，所述电极片包括石墨烯复合活性材料、辅助导电剂和粘结剂，所述石墨烯复合活性材料、辅助导电剂和粘结剂的质量比可以为(80-97):(1.5-10):(1.5-10)；例如，质量比可以为(85-95):(2.5-7.5):(2.5-7.5)；示例性地，质量百分比可以为80:10:10、95:2:3。

根据本发明的电极片，所述石墨烯复合活性材料包括质量比0.02-0.1:1的石墨烯和活性物质，例如，质量比0.05-0.08:1的石墨烯和活性物质；示例性地，石墨烯和活性物质的质量比可以为0.02:1、0.05:1、0.07:1、0.1:1。

根据本发明的电极片，所述活性物质可以选自氟化碳、硫、二氧化锰、磷酸铁锂、铁钴锰酸锂、镍钴锰酸锂、石墨、硅碳、钛酸锂等中的一种、两种或更多种，或者选自上述活性物质的至少两种的复合材料(例如石墨和硫的复合材料，等等)。例如，所述活性物质可以选自石墨和硫的复合材料、石墨或者铁钴锰酸锂。例如，所述石墨和硫的复合材料中，石墨和硫可以以任意比混合。

根据本发明的电极片，所述辅助导电剂可以选自石墨、超级导电炭黑、碳纳米管等中的一种、两种或更多种；例如，所述辅助导电剂可以为超级导电炭黑或者碳纳米管中的一种或两种。