CN103268942A

CN103268942A - 一种纳米石墨涂层改性集流体

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Publication number: CN103268942A
Application number: CN2013100867252A
Authority: CN
Inventors: 王樑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: CN103268942B

Abstract

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种纳米石墨涂层改性集流体，包括集流体箔材，所述集流体箔材的单面或双面具有含纳米石墨的涂层。本发明采用纳米石墨作为涂层的主要功能材料，纳米级石墨材料保留了高石墨化程度石墨的特点，导电、导热效果好，同时纳米化的特点可以提高石墨材料的分散性、涂覆效果等，适合于作为涂层材料。此外纳米石墨材料较石墨烯成本低廉，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

Description

一种纳米石墨涂层改性集流体

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种纳米石墨涂层改性集流体。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭，以及对环境保护问题的日益重视，人们对于新型绿色高效能源的需求日益迫切。锂离子电池作为具有强大竞争优势的新能源受到了格外的重视，除了在现有的小型便携式电池中的广泛应用外，锂离子电池在大功率、高能量的动力电池中的发展前景更是让人期待，此外储能电池对寿命和安全性能也有了更高的要求。

现有锂电池在动力、安全性能及寿命方面都存在较大问题，为了解决上述问题，研究工作者试图通过以下方式进行改进：（1）改性正负极活性材料；（2）改善导电剂；（3）改善电解液和隔膜；（4）改进电池制作工艺；（5）对集流体进行改进。

上述改进方式中，对集流体的改进效果显著，德国汉高公司将导电炭黑涂覆在铝箔表面，可以降低电池内阻，延长电池寿命。国内研究单位采用石墨烯涂覆于铝箔表面(如CN 102593464A的发明)，可以进一步降低电池内阻。

然而石墨烯成本高，生产困难；而导电炭黑导电性能差。寻找一种成本低廉、导电性能优异的材料用于改性涂层，替代石墨烯和导电炭黑，从而达到提高锂电池综合性能非常重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种纳米石墨涂层改性集流体，生产成本低，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米石墨涂层改性集流体，包括集流体箔材，所述集流体箔材的单面或双面具有含纳米石墨的涂层。

本发明采用纳米石墨作为涂层的主要功能材料，纳米级石墨材料保留了高石墨化程度石墨的特点，导电、导热效果好，同时纳米化的特点可以提高石墨材料的分散性、涂覆效果等，适合于作为涂层材料。此外纳米石墨材料较石墨烯成本低廉，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

集流体箔材为铝箔或铜箔，若作为锂电池负极集流体，上述涂层将附着在铜箔上，若作为锂电池正极集流体，上述涂层将附着在铝箔上。

所述纳米石墨材料微观形貌为平面状、片状、棒状、球状或其它无规则形状。

作为优选，所述含纳米石墨的涂层厚度为50纳米至10微米。本发明的涂层厚度应在合理的范围内，当涂层过薄小于50纳米时，纳米石墨不足以覆盖集流体箔材，此时很难发挥涂层的功效；当涂层过厚大于10微米时，由于纳米石墨导电性低于集流体箔材，导致整体导电效果不足，涂层优选厚度为100纳米至5微米，

作为优选，所述含纳米石墨的涂层的原料包括导电剂和粘结剂，导电剂与粘结剂的质量比为4-99:1。导电剂与粘结剂的质量比优选为9-99:1。

作为优选，所述导电剂为纳米石墨，或所述导电剂为纳米石墨与膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、导电炭黑、中间相碳微球、乙炔黑、Super-Li、KS-6中的一种或几种的组合形成的混合物，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于30%。Super-Li即Super P Li，作为优选，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于50%。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、LA系列粘结剂中的一种或几种组合。

作为优选，所述纳米石墨参照石墨的晶体结构表示方法，沿z方向平均尺寸介于3纳米至100纳米之间，沿xy平面方向平均尺寸介于3纳米至100微米之间。本发明的纳米石墨由于在Z方向具有纳米结构，尺寸为3纳米至100纳米，因此，与普通的石墨材料相比，纳米石墨易于形成优异的导电网络；与其他的纳米碳材料相比，纳米石墨的石墨化程度高，导电、导热性能优异，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，提高散热效果。此外，某些高石墨化的材料如石墨烯、碳纳米管，价格昂贵，生产制备困难，而纳米石墨材料制备方法简单，易于规模化生产，成本低廉，适合于市场推广。

作为优选，所述纳米石墨沿xy平面方向主要为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格，沿z方向主要为碳原子以π键结合。

作为优选，纳米石墨材料中：碳元素与非碳元素质量比大于10:1，非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。在纳米石墨材料附带这些非碳元素且控制碳元素与非碳元素质量比大于10:1，可以提高纳米石墨制浆的分散效果，提高涂层导电、导热等效果，提高了涂层涂覆过程中的均匀性，使用效果好。

作为优选，所述含纳米石墨的涂层对集流体箔材的覆盖率大于50%。优选大于80%。

本发明的纳米石墨涂层改性集流体的制备方法可参照如下：

（1）将导电剂、粘结剂和溶剂按质量比导电剂：粘结剂=4-99:1，导电剂：有机溶剂=1: 1-100的比例，放置于高速机械分散装置或超声波发生器下进行分散，制备出均匀的浆料；

（2）将浆料涂覆在集流体箔材单面或双面上，涂覆厚度为50纳米-10微米，在温度为50-150℃下烘干，制得纳米石墨涂层改性集流体。

集流体箔材为铝箔或铜箔，铝箔厚度为10-50微米，铜箔厚度为5-50微米。

步骤（1）的浆料中还可以添加少量分散剂，分散剂占浆料总质量低于2%，分散剂选择聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇辛基苯基醚、PVP中的一种或几种。

溶剂可选择有机溶剂，有机溶剂为丙二醇甲醚、碳酸二丁酯、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸二甲脂、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚乙烯酯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。溶剂可选择水或水与乙醇、丙酮等小分子有机物的混合体。

涂覆方式选自浸渍、刮涂、丝网印刷、喷涂、凹版印刷、打印中的一种。

本发明的有益效果是：

1、采用纳米石墨作为涂层的主要功能材料，纳米级石墨材料保留了高石墨化程度石墨的特点，导电、导热效果好，同时纳米化的特点可以提高石墨材料的分散性、涂覆效果等，适合于作为涂层材料。

2、纳米石墨材料较石墨烯成本低廉，适合于产业化推广。

3、用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图中：1、集流体箔材，2、含纳米石墨的涂层。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

动力锂电池的制作

动力锂电池的结构及其制作过程与现有商用磷酸铁锂动力电池及锰酸锂动力电池的结构及制作过程一致，所不同的是本发明的动力锂电池中，正负极极片中至少一个电极使用本发明的纳米级石墨烯涂层改性集流体。本发明中采用18650型号动力电池作为测试电池，但不局限于该型号的动力电池。

导电性测试

采用四探针法测试电极极片的电导率，采用电池测试系统测试电池的内阻。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明电极极片制作方法优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

纳米石墨材料性能测试

微观形貌采用扫面电镜和高分辨透射电镜测试，同时结合激光粒度扫描仪测试平均尺寸。含碳量采用碳含量测试仪测试，表面基团采用ICP及红外分光光度计测试。

测试结果符合以下特征：

纳米石墨参照石墨的晶体结构表示方法，沿z方向平均尺寸介于3纳米至100纳米之间，沿xy平面方向平均尺寸介于3纳米至100微米之间。纳米石墨沿xy平面方向主要为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格，沿z方向主要为碳原子以π键结合。纳米石墨材料中：碳元素与非碳元素质量比大于10:1，非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。

本发明采用的纳米石墨为市售产品，宁波墨西科技有限公司生产。

一种纳米石墨涂层改性集流体，包括集流体箔材1，所述集流体箔材1的单面或双面具有含纳米石墨的涂层2。含纳米石墨的涂层厚度在50纳米至10微米，含纳米石墨的涂层对集流体箔材的覆盖率大于50%；含纳米石墨的涂层的原料包括导电剂和粘结剂，导电剂与粘结剂的质量比为4-99:1，所述导电剂为纳米石墨，或所述导电剂为纳米石墨与膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、导电炭黑、中间相碳微球、乙炔黑、Super-Li、KS-6中的一种或几种的组合形成的混合物，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于30%，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、LA系列粘结剂中的一种或几种组合。

纳米石墨涂层改性集流体制作

实施例1

取1 重量份聚偏氟乙烯与1000 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合10 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入20重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度7nm，平均平面尺寸10微米，含碳量为97%，含氧化基团），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用狭缝式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在烘箱中110℃干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.2微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布如图1所示。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.5×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为7mΩ，电池化成容量为1145mAh。

实施例2

取1 重量份聚偏氟乙烯与500 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合20 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入20重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度3nm，平均平面尺寸9微米，含碳量为97%，含氧化基团），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.3微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.2×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为7.3mΩ，电池化成容量为1152mAh。

实施例3

取1 重量份聚偏氟乙烯与500 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合20 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入15重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度5nm，平均平面尺寸9.2微米，含碳量为98%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后加入5重量份的膨胀石墨粉末和1重量份碳纳米管，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.2微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.9×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为8mΩ，电池化成容量为1150mAh。

实施例4

取1 重量份聚丙烯酸与500 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合20 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入15重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度5nm，平均平面尺寸9.2微米，含碳量为98%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后加入5重量份的膨胀石墨粉末和1重量份碳纳米管，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.2微米的纳米石墨涂层改性集流体，单面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为13mΩ，电池化成容量为1100mAh。

实施例5

取1 重量份聚偏氟乙烯与500 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合20 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入15重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度3nm，平均平面尺寸8微米，含碳量为90%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后加入5重量份的膨胀石墨粉末，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.6微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.9×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型锰酸锂锂电池，化成前电池内阻为6mΩ，电池化成容量为1550mAh。

实施例6

取1 重量份聚偏氟乙烯与500 重量份的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮，在高速分散装置下进行混合20 分钟，聚偏氟乙烯完全溶解后加入15重量份的纳米石墨粉末（微观形貌为平面状，平均厚度3nm，平均平面尺寸8微米，含碳量为95%，含氧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后加入5重量份的膨胀石墨粉末，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为0.2微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.9×10^-6Ω·cm。

实施例7

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂SBR（丁苯橡胶）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂SBR完全溶解后加入15重量份的纳米级石墨（微观形貌为平面状，平均厚度3nm，平均平面尺寸8微米，含碳量为98%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后加入5重量份的膨胀石墨，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用微凹式连续涂布机将浆料涂覆在16微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为1.5微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为3.1×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型锰酸锂锂电池，化成前电池内阻为7mΩ，电池化成容量为1450mAh。

实施例8

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂SBR与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂SBR完全溶解后加入10重量份的纳米石墨（微观形貌为平面状，平均厚度50nm，平均平面尺寸6微米，含碳量为98%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用锂电池行业常用的挤压式连续涂布机将浆料涂覆在25微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为2微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为2.5×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为7.2mΩ，电池化成容量为1120mAh。

实施例9

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的纳米石墨（微观形貌为无规则形状，平均尺寸为2微米，含碳量为99%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用锂电池行业常用的挤压式连续涂布机将浆料涂覆在30微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的纳米石墨涂层改性集流体，单面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为3×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为11mΩ，电池化成容量为1120mAh。

实施例10

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的纳米石墨（微观形貌为无规则形状，平均尺寸为2微米，含碳量为99%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用锂电池行业常用的挤压式连续涂布机将浆料涂覆在10微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的纳米石墨涂层改性集流体，单面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为3×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型锰酸锂锂电池，化成前电池内阻为9mΩ，电池化成容量为1500mAh。

实施例11

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的纳米石墨（微观形貌为无规则形状，平均尺寸为1微米，含碳量为99%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后，加入5份碳纳米管和2份导电炭黑SP，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用连续印刷方式将浆料涂覆在20微米铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的纳米石墨涂层改性集流体，单面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为2×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为11.8mΩ，电池化成容量为1135mAh。

实施例12

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的纳米石墨（微观形貌为无规则形状，平均尺寸为1微米，含碳量为99%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后，加入5份碳纳米管和2份导电炭黑SP，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用连续印刷方式将浆料涂覆在9微米厚铜箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.5×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为11.9mΩ，电池化成容量为1180mAh。

实施例13

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的纳米级石墨（微观形貌为平面状，平均厚度为4nm，平均平面尺寸为20微米，含碳量为99%，含羧基基团），在真空搅拌机中搅拌20分钟后，加入5份碳纳米管和2份导电炭黑SP，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成导电浆料，采用连续印刷方式将浆料涂覆在9微米厚铜箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的纳米石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为1.1×10^-6Ω·cm。

采用本发明的纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为9.5mΩ，电池化成容量为1190mAh。

采用实施例10中纳米石墨涂层改性集流体和实施例12中纳米石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为6.8mΩ，电池化成容量为1230mAh。

与微米级石墨涂层比较试验

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的微米级石墨（微观形貌为无规则形状，过300目筛，市售，宁波墨西新材料有限公司生产），在真空搅拌机中搅拌20分钟后，加入5份碳纳米管和2份导电炭黑SP，在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用连续印刷方式将浆料涂覆在16微米厚铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的微米级石墨涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为3×10^-6Ω·cm。涂层附着力差，易于掉粉，表面粗糙度高。

采用微米级石墨涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为9.5mΩ，电池化成容量为1110mAh。

与石墨烯涂层比较试验

取1 重量份锂电池用水性粘胶剂（丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠=5:1）与500 重量份的水，在高速分散装置下进行混合10 分钟，待水性粘胶剂完全溶解后加入10重量份的石墨烯（市售，平均厚度为5层，平面平均尺寸20微米，碳氧比为5:1，粉体电导率为55S/cm），在真空搅拌机中搅拌200分钟制成浆料，采用连续印刷方式将浆料涂覆在16微米厚铝箔上，在110℃烘箱中干燥后，置于100℃真空烘箱中干燥2小时，得到单面涂层厚度为3微米的石墨烯涂层改性集流体，双面涂布。

四探针测试得到改性集流体电阻率为8×10^-6Ω·cm。涂层附着力好，但电阻较大。

采用石墨烯涂层改性集流体制作的18650型磷酸铁锂锂电池，化成前电池内阻为11.3mΩ，电池化成容量为1115mAh。

本发明纳米石墨材料较石墨烯成本低廉，适合于产业化推广，用于锂离子电池，能减少集流体与活性材料的界面阻抗，降低电池的内阻，提高电池循环寿命和倍率性能。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种纳米石墨涂层改性集流体，包括集流体箔材，其特征在于：所述集流体箔材的单面或双面具有含纳米石墨的涂层。

2.根据权利要求1所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述含纳米石墨的涂层厚度为50纳米至10微米。

3.根据权利要求1或2所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述含纳米石墨的涂层的原料包括导电剂和粘结剂，导电剂与粘结剂的质量比为4-99:1。

4.根据权利要求3所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述导电剂为纳米石墨，或所述导电剂为纳米石墨与膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、导电炭黑、中间相碳微球、乙炔黑、Super-Li、KS-6中的一种或几种的组合形成的混合物，其中纳米石墨占导电剂的质量百分比大于30%。

5.根据权利要求3所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、LA系列粘结剂中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1或2所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述纳米石墨参照石墨的晶体结构表示方法，沿z方向平均尺寸介于3纳米至100纳米之间，沿xy平面方向平均尺寸介于3纳米至100微米之间。

7.根据权利要求6所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述纳米石墨沿xy平面方向主要为碳原子以sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格，沿z方向主要为碳原子以π键结合。

8.根据权利要求1或2所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：纳米石墨材料中：碳元素与非碳元素质量比大于10:1，非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。

9.根据权利要求1或2所述的一种纳米石墨涂层改性集流体，其特征在于：所述含纳米石墨的涂层对集流体箔材的覆盖率大于50%。