CN107742746A - 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法 - Google Patents

一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107742746A
CN107742746A CN201710843481.6A CN201710843481A CN107742746A CN 107742746 A CN107742746 A CN 107742746A CN 201710843481 A CN201710843481 A CN 201710843481A CN 107742746 A CN107742746 A CN 107742746A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite alkene
composite graphite
film
foil
positive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710843481.6A
Other languages
English (en)
Inventor
赵斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huizhou engu New Energy Industry Technology Research Institute Co., Ltd.
Original Assignee
Shenzhen Valley Energy Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Valley Energy Holdings Co Ltd filed Critical Shenzhen Valley Energy Holdings Co Ltd
Priority to CN201710843481.6A priority Critical patent/CN107742746A/zh
Publication of CN107742746A publication Critical patent/CN107742746A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开一种复合石墨烯锂离子电池，包括电池壳以及设置在电池壳内部的电解液、隔离膜、复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述隔离膜设置于复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片之间；所述复合石墨烯正极片包括正极集流体、正极石墨烯膜以及正极活性物质层；所述电子具有优越的倍率性能、高的充放电使用寿命、较低的电池温升性能。同时还公开了复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，所述正极石墨烯膜、负极石墨烯膜均为通过辅助等离子化学气相沉积技术沉积在集流体表面厚度为的石墨烯；具有反应温度低、能耗低、石墨烯膜能直接沉积在箔材上，膜层厚度小、均匀，不影响后续极耳的焊接及锂离子电池的后续处理工艺。

Description

一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池器件制造领域，特别是一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法。
背景技术
近年来，集超高的机械强度、电导率、热导率和抗渗性等诸多优异性能于一身的石墨烯材料，在许多领域中都有诱人的应用前景。从微观的角度看蓄电池的充放电过程，实际上是一个阳离子在电极中“镶嵌”和“脱离”的过程，如果电极材料中的孔洞越多，则这个过程进行的越迅速。在宏观的角度看则表现为蓄电池充放电的速度越快，高比表面积的石墨烯具有电极-电解质界面的快速吸脱附电荷的性能使得石墨烯为超级电容器，其相比锂离子电池具有优越的倍率性能。有研究表明：使用石墨烯作为电池的阳极材料，其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍。然而，将石墨烯作为电池的阳极材料具有以下缺点：石墨烯制造方法有很多种，目前最主流的是氧化还原法和气相沉积法；氧化还原法具有制造陈本低但石墨烯纯度也低，只能制造多层石墨烯粉；气相沉积法制作的石墨烯质量最高，但存在设备复杂、石墨烯制成成本高昂等特点。另外由于石墨烯材料极易产生团聚，因此依据现有手段制作石墨烯电极是非常困难的。
现有锂电池制造技术中，锂离子电池中常用的电极电导率低，目前人们也有通过在锂离子电池电极涂覆材料中加入石墨烯或者炭黑来提高电导率，需要将已制成的石墨烯粉体与阳极材料石墨粉或硅粉混合制浆后涂覆在集电极上制作锂电池的阳极，以此来提高阳极导电性。但由于石墨烯较高的比表面积，使得石墨烯在与阳极材料混合时极易团聚，造成石墨烯分散不均匀，因此使用石墨烯提高阳极导电性的目的也不易达到。国内也有厂家采用特殊的石墨烯分散制浆技术，采用湿法涂覆技术单独将石墨烯涂覆在锂电池集电极箔材(铜箔或铝箔)表面，再按现有技术中电池电极材料涂覆方法在已涂覆石墨烯层的集电极上涂覆电极活性材料(正极或负极) 制作锂电池正负电极，来提高锂电池的倍率性能及循环寿命，但采用该方法涂覆石墨烯必须使用粘结剂，且涂覆的石墨烯厚度最小只能做到2um，不能够完全发挥石墨烯优越的单分子层导电性的特性。同时由于石墨烯涂层厚度较厚，涂覆石墨烯的集电极不能直接与电池导电集耳焊接，必须在石墨烯涂覆时留边预留集耳焊接，对后续的正负极材料涂覆带来很大困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有优越的倍率性能、高的充放电使用寿命、较低的电池温升性能的复合石墨烯锂离子电池，同时提供一种锂离子电池用复合石墨烯集电极的制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合石墨烯锂离子电池，包括电池壳以及设置在电池壳内部的电解液、隔离膜、复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述隔离膜设置于复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片之间；
所述复合石墨烯正极片包括正极集流体、沉积在正极集流体表面的正极石墨烯膜、以及涂覆于正极石墨烯膜上的正极活性物质层；所述复合石墨烯负极片包括负极集流体、沉积在负极集流体表面的负极石墨烯膜、涂覆于负极石墨烯膜的负极活性物质层。
进一步地，正极石墨烯膜、负极石墨烯膜均为通过辅助等离子化学气相沉积技术沉积在集流体表面厚度为的石墨烯。
一种复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，包括复合石墨烯正极箔材的制作以及复合石墨烯负极箔材的制作；
所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池正极集电极用铝箔，采用等离子辅助气相沉积法在所述铝箔表面沉积正极石墨烯膜；得到复合石墨烯正极箔材；
所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池负极集电极用铜箔；采用等离子辅助气相沉积法在所述铜箔表面沉积负极石墨烯膜；得到复合石墨烯负极箔材；
以锂电池正极集电极用铝箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Al 或Ni、催化金属膜沉积方式采用直流溅射电源、等离子辅助电源使用射频电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔气体、金属膜溅镀本底真空度小于2.0x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度为3x10-1Pa、镀膜速度设置1.5～5m/min、卷绕张力范围设置5～30N、金属膜沉积靶功率设置选择3-8kw、控制金属膜沉积膜厚范围10-180nm，等离子辅助气相沉积功率设置范围1.5-4.5kw，沉积石墨烯的沉积厚度为层数为
以锂电池负极集电极用铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Cu 或Ni、催化金属膜沉积方式采用直流溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频电源、石墨烯生成碳源气体采用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2) 气体、金属膜溅镀本底真空度小于2.0x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度为 3x10-1Pa、镀膜速度为1.5-5m/min、卷绕张力范围设置5-30N、金属膜沉积靶功率设置3-8kw、控制金属膜沉积膜厚范围10-180nm，等离子辅助气相沉积功率设置范围1.5-4.5kw，沉积石墨烯层数为5-10层。
在所述复合石墨烯正极箔材表面涂覆正极活性物质，经压实、烘干、裁切工序完成复合石墨烯正极片的制作；
在所述复合石墨烯负极箔材表面涂覆负极活性物质，经压实、烘干、裁切工序完成复合石墨烯负极片的制作。
所述锂电池正极集电极用铝箔按牌号可用1060、1050、1145、1235等合金牌号中的任一种；按铝箔状态可用O、H14、H24、H22、H18等状态中的任一种；
锂电池负极集电极用铜箔可为压延铜箔电解铜箔、单面光铜箔、双面光铜箔、甚低轮廓度铜箔中的人一种；
所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料中的任一种；
所述负极活性物质为人工石墨、天然石墨、树脂碳、硅碳混合粉体中的一种。
与现有技术相比，本发明在现有技术的锂离子电池正极集电极、锂离子电池负极集电极上通过PCVD的方法沉积层数合适的石墨烯膜，制得复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片具有石墨烯超级电容、高倍率放电的电学性能，使得利用复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片所制造的复合石墨烯锂离子电池具有高放电倍率、超长循环寿命、较低的电池使用温度的显著优点；在复合电极的制造过程中采用等离子辅助化学气相沉积(PCVD)，沉积过程中温度低，具有反应温度低、能耗低、且石墨烯膜能直接沉积在铝箔、铜箔上的优点。膜层厚度小、膜厚均匀、膜厚容易控制，不影响后续极耳的焊接及锂离子电池的后续处理工艺。
附图说明
图1为本发明复合石墨烯锂离子电池结构示意图
图2为本发明复合石墨烯锂离子电池制造方法的工艺流程示意图
图3为本发明实施例1-4与对比例的正极不同倍率放电容量保持率曲线
图4为本发明实施例1-4与对比例的负极不同倍率放电容量保持率曲线
图5为本发明实施例1-4与对比例制得的锂离子电池10C放电时电芯表面温度比较图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，本发明所用各原料、设备均为现有技术中的现有产品。
实施例1
如图1所示，一种复合石墨烯锂离子电池，包括电池壳39以及设置在电池壳39内部的电解液37、隔离膜38、复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述隔离膜38设置于复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片之间。所述复合石墨烯正极片包括正极集流体31、沉积在正极集流体31表面的正极石墨烯膜33、以及涂覆于正极石墨烯膜33上的正极活性物质层35；所述复合石墨烯负极片包括负极集流体32、沉积在负极集流体32表面的负极石墨烯膜34、涂覆于负极石墨烯膜34的负极活性物质层36；所述正极活性物质层35、负极活性物质层36的构成和结构均与现有技术相同。所述石墨烯膜通过辅助等离子化学气相(PCVD)沉积技术沉积在集流体表面5-15层的石墨烯。单层石墨烯的理论厚度为0.34nm,膜厚的实际检测过程中存在一定的误差，石墨烯膜越薄，测量误差越大，沉积在集流体表面的石墨烯膜的厚度最好为(1-5nm)。
如图2所示，实施例中所述复合石墨烯锂离子电池采用以下方法制成：
复合石墨烯正极片的制作:利用锂电池正极集电极用铝箔，采用等离子辅助气相沉积法(PCVD)在所述铝箔表面沉积正极石墨烯膜；得到复合石墨烯正极箔材，然后在复合石墨烯正极箔材表面涂覆正极活性物质，经压实、烘干、裁切等工序完成复合石墨烯正极片的制作；
复合石墨烯负极片的制作:利用锂电池负极集电极用铜箔；采用等离子辅助气相沉积法(PCVD)在所述铜箔表面沉积负极石墨烯膜；得到复合石墨烯负极箔材，然后在复合石墨烯负极箔材表面涂覆负极活性物质，经压实、烘干、裁切等工序完成复合石墨烯负极片的制作。
组合装配：将复合石墨烯正极片和复合石墨烯负极片组合包装在电池壳39内；注入电解液并经过化成工序后抽真空密封包装。
其中，复合石墨烯正极片的制作中，锂电池正极集电极用铝箔选用现有技术中常用的铝箔材1060型铝合金，按牌号也可选用1060、1050、1145、 1235等合金牌号中一种；按铝箔状态可以选性使用O、H14、H24、H22、 H18等状态中一种。选用SJ-RTR-SDH350型号卷绕式真空磁控溅射镀膜设备、以锂电池正极集电极用铝箔1060铝合金为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Al、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度选择小于1.6x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择1.5m/min、卷绕张力范围设置选择5N、金属膜沉积靶功率设置选择3kw、控制金属膜沉积膜厚范围10nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围1.5kw，沉积石墨烯膜厚度为涂覆在复合石墨烯正极箔材上的正极活性物质采用钴酸锂(也可为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等其中一种)。
复合石墨烯负极片的制作中，锂电池负极集电极用铜箔选用现有技术中压延铜箔(也可选用压延铜箔、电解铜箔、单面光铜箔、双面光铜箔、甚低轮廓度铜箔(VLPC))，选用SJ-RTR-SDH350型号卷绕式真空磁控溅射镀膜设备、以锂电池负极集电极用压延铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Cu、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于 97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度位1.6x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择1.5m/min、卷绕张力范围设置选择5N、金属膜沉积靶功率设置选择3kw、控制金属膜沉积膜厚范围10nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围1.5kw，沉积石墨烯膜厚度为制得复合石墨烯负极箔材。涂覆在复合石墨烯负极箔材上的负极活性物质采用人工石墨(也可为天然石墨、树脂碳、硅碳混合粉体等其中的一种)。
其中，正极石墨烯膜、负极石墨烯膜均选用卷对卷(Roll-To-Roll)等离子辅助化学气相沉积(PCVD)方式连续沉积完成，沉积过程中温度低，具有反应温度低、能耗低、且石墨烯膜能直接沉积在铝箔、铜箔上的优点。膜层厚度小、膜厚均匀、膜厚容易控制，且不影响后续极耳的焊接及锂离子电池的后续处理工艺。
在组合装配中，按正负极配对将复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片、隔离膜38组合在电池壳39中；注入电解液37并经过化成程序后进行抽真空密封包装成如图1所示的复合石墨烯锂离子电池。当然，如本领域技术人员所知，在将覆涂有正极活性材料的复合石墨烯正极箔材和覆涂有负极活性材料的复合石墨烯负极箔材置入包装电池壳39之前，也可以根据电池壳39的尺寸，切割所述复合石墨烯正极箔材、复合石墨烯负极箔材和隔离膜38，再按复合石墨烯正极箔材、隔离膜38、复合石墨烯负极箔材依次顺序叠置地将各材料予以折叠或卷绕而形成多层次的电池芯结构，并将正极集流体31与负极集流体32分别接引至复合石墨烯锂离子电池的正、负极，从而缩小复合石墨烯锂离子电池所占用的表面积。所述电池壳39可选择使用PP热封铝塑膜或PET热封铝塑膜其中一种。
实施例中，利用烯谷能源公司的扣式电池实验线进行复合石墨烯锂离子半电池、全电池的制作，然后进行电性能的检测。
1，投入所述复合石墨烯正极箔材制作扣式复合石墨烯正极片；
2，投入所述复合石墨烯负极箔材制作扣式复合石墨烯负极片；
3，使用PP膜制作扣式电池隔离膜；
4，制作复合石墨烯正极片+隔离膜+金属锂片结构半电池，并测试充放电倍率；
5，制作复合石墨烯负极片+隔离膜+金属锂片结构半电池，并测试充放电倍率；
6，制作复合石墨烯正极片+隔离膜+复合石墨烯负极片锂离子全电池，并测试放电倍率、充放电循环次数、10C放电时电芯表面的温度。
为确保复合石墨烯正极箔材、负极箔材的电性能，在石墨烯膜沉积完成后，可通过DetakXT表面形貌仪(美国布鲁克等厂家)测量膜厚度、TX-300 智能金属导体电阻率测试仪(东莞广材)测量导电率、拉曼光谱仪(中科院)测量石墨烯特征等。具体地，可以通过取样检测镀膜前后复合石墨烯正极箔材、负极箔材导电率和电阻率的变化趋势来决定是否需要再次镀膜，若镀膜后复合石墨烯正极箔材、负极箔材的导电率相比镀膜前持续上升、电阻率持续下降，则需在再次镀膜；若镀膜后复合石墨烯正极箔材、负极箔材的导电率相比镀膜前无变化或发生下降、电阻率相比镀膜前无变化或发生上升，则说明此时的膜厚已达到适用范围，不需要再次进行镀膜。
在完成复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片的制作完成后，按照现有技术中常用的方法，利用千分尺测量活性物质的涂层厚度、天平称重计算压实比等参数，决定是否再次涂覆和制作电极片。
实施例2
实施例2与实施1基本相同，区别只在于在复合石墨烯正极片的制作中：以锂电池正极集电极用铝箔1060铝合金为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Al、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度为1.8x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)为3x10-1Pa、镀膜速度选择3m/min、卷绕张力范围设置选择15N、金属膜沉积靶功率设置选择5kw、控制金属膜沉积膜厚范围90nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围3kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯正极箔材上的正极活性物质采用锰酸锂。
复合石墨烯负极片的制作中，以锂电池负极集电极用压延铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Cu、催化金属膜沉积方式选用直流(DC) 溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度选择小于1.8x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10- 1Pa、镀膜速度选择3m/min、卷绕张力范围设置选择15N、金属膜沉积靶功率设置选择5kw、控制金属膜沉积膜厚范围90nm，等离子辅助气相沉积(PCVD) 功率设置范围3kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯负极箔材上的负极活性物质采用天然石墨。
实施例3
实施例3与实施1基本相同，区别只在于复合石墨烯正极片的制作中：以锂电池正极集电极用铝箔1060铝合金为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Ni、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度为1.9x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择4m/min、卷绕张力范围设置选择20N、金属膜沉积靶功率设置选择6kw、控制金属膜沉积膜厚范围120nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围3.5kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯正极箔材上的正极活性物质采用磷酸铁锂。
复合石墨烯负极片的制作，以锂电池负极集电极用压延铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Ni、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度选择 1.9x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择4m/min、卷绕张力范围设置选择20N、金属膜沉积靶功率设置选择 6kw、控制金属膜沉积膜厚位120nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围3.5kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯负极箔材上的负极活性物质采用硅碳混合粉体。
实施例4
实施例4与实施1基本相同，区别只在于复合石墨烯正极片的制作中：以锂电池正极集电极用铝箔1060铝合金为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Ni、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度为1.9x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择5m/min、卷绕张力范围设置选择30N、金属膜沉积靶功率设置选择8kw、控制金属膜沉积膜厚范围180nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围4.5kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯正极箔材上的正极活性物质采用磷酸铁锂。
复合石墨烯负极片的制作，以锂电池负极集电极用压延铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Ni、催化金属膜沉积方式选用直流(DC)溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频(RF)电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度选择 1.9x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度(镀膜真空度)选择3x10-1Pa、镀膜速度选择5m/min、卷绕张力范围设置选择30N、金属膜沉积靶功率设置选择 8kw、控制金属膜沉积膜厚位180nm，等离子辅助气相沉积(PCVD)功率设置范围4.5kw，沉积石墨烯膜的厚度为涂覆在复合石墨烯负极箔材上的负极活性物质采用硅碳混合粉体。
对比例1
对比例1为直接在实施例1-4中未沉积石墨烯膜的的锂电池正极集电极 1060型铝合金涂覆正极活性物质，在锂电池负极集电极涂覆负极活性材料，经覆、压实、烘干、裁切等工序完成正极片、负极片的制作；然后将正极片和负极片组合包装在电池壳39内；注入电解液并经过化成程序后抽真空密封包装。
表1为实施例1-4与对比例的正极半电池电性能测试数据表，表2为实施例1-4与对比例的负极半电池电性能测试数据表。
表1
表2
由表1、图3可明确得知，实施例1-4得到的复合石墨烯正极片不同倍率放电时，电池容量保持率提高，特别是实施例3，相比无石墨烯常规正极的电池倍率放电时容量保持率高出约10％。
表2、图4说明，实施例1-4得到的复合石墨烯负极片不同倍率放电时，电池容量保持率明显提高。
以对比例中的正极片、负极片以及实施例3中得到的复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片分别制备扣式锂离子电池，测量其循环5C容量，并比较循环5C容量与5C初始容量的比值，且分别测量在10C放电时电芯表面的温度。表3为实施例3与对比例制得的锂离子电池循环5C容量/5C 初始容量比较表。图5为实施例3与对比例制得的锂离子电池循环10C放电时电芯表面的温度，每组各测5个电池。
表3
由上表可知，实施例3制得的扣式复合石墨烯锂离子电池重复充放电循环220次时电池容量保持在初始容量的83％，对比例制得的扣式常规锂离子电池在重复充放电循环95次时电池容量为初始容量的79％；即实施例 3锂离子电池的循环寿命是220周，对比例锂离子电池循环寿命为95周。
由图5可知，实施例3制得的扣式复合石墨烯锂离子电池10C放电时电芯表面温度要低于普通电极电芯。
由表1-3，图3-5可以看出，在锂电池正极集电极、锂电池负极集电极上通过PCVD的方法沉积石墨烯膜，然后制得复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片具有石墨烯超级电容的电学性能，使得利用复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片所制造的复合石墨烯锂离子电池具有高放电倍率、超长循环寿命、较低的电池使用温升，可满足电动汽车、无人机、电动工具等对动力性能要求较高的行业使用。所述石墨烯膜为沉积厚度的石墨烯，具有石墨烯的特征明显、应用方便的优点。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所做的各种尝试及润饰，也属于本发明的范围。因此，本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种复合石墨烯锂离子电池，其特征在于：包括电池壳(39)以及设置在电池壳(39)内部的电解液(37)、隔离膜(38)、复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片，所述隔离膜(38)设置于复合石墨烯正极片、复合石墨烯负极片之间；
所述复合石墨烯正极片包括正极集流体(31)、沉积在正极集流体(31)表面的正极石墨烯膜(33)、以及涂覆于正极石墨烯膜(33)上的正极活性物质层(35)；所述复合石墨烯负极片包括负极集流体(32)、沉积在负极集流体(32)表面的负极石墨烯膜(34)、涂覆于负极石墨烯膜(34)的负极活性物质层(36)。
2.如权利要求1所述的复合石墨烯锂离子电池，其特征在于：正极石墨烯膜、负极石墨烯膜均为通过辅助等离子化学气相沉积技术沉积在集流体表面厚度为的石墨烯。
3.如权利要求1-2任一项所述的复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，其特征在于，包括复合石墨烯正极箔材的制作以及复合石墨烯负极箔材的制作；
所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池正极集电极用铝箔，采用等离子辅助气相沉积法在所述铝箔表面沉积正极石墨烯膜；得到复合石墨烯正极箔材；
所述复合石墨烯正极箔材的制作方法如下：利用锂电池负极集电极用铜箔；采用等离子辅助气相沉积法在所述铜箔表面沉积负极石墨烯膜；得到复合石墨烯负极箔材。
4.如权利要求3所述的复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，其特征在于，以锂电池正极集电极用铝箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Al或Ni、催化金属膜沉积方式采用直流溅射电源、等离子辅助电源使用射频电源、石墨烯生成碳源气体选用纯度大于97％的工业乙炔气体、金属膜溅镀本底真空度小于2.0x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度为3x10-1Pa、镀膜速度设置1.5～5m/min、卷绕张力范围设置5～30N、金属膜沉积靶功率设置选择3-8kw、控制金属膜沉积膜厚范围10-180nm，等离子辅助气相沉积功率设置范围1.5-4.5kw，沉积石墨烯的沉积厚度为层数为
5.如权利要求3所述的复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，其特征在于，以锂电池负极集电极用铜箔为镀膜基材、催化金属溅镀靶材选用Cu或Ni、催化金属膜沉积方式采用直流溅射电源、等离子辅助电源选择性使用射频电源、石墨烯生成碳源气体采用纯度大于97％的工业乙炔(C2H2)气体、金属膜溅镀本底真空度小于2.0x10-3Pa、金属膜溅镀工作真空度为3x10-1Pa、镀膜速度为1.5-5m/min、卷绕张力范围设置5-30N、金属膜沉积靶功率设置3-8kw、控制金属膜沉积膜厚范围10-180nm，等离子辅助气相沉积功率设置范围1.5-4.5kw，沉积石墨烯层数为5-10层。
6.如权利要求3-5任一项所述的复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，其特征在于，在所述复合石墨烯正极箔材表面涂覆正极活性物质，经压实、烘干、裁切工序完成复合石墨烯正极片的制作；
在所述复合石墨烯负极箔材表面涂覆负极活性物质，经压实、烘干、裁切工序完成复合石墨烯负极片的制作。
7.如权利要求6所述的复合石墨烯锂离子电池的复合石墨烯电极的制造方法，其特征在于，所述锂电池正极集电极用铝箔按牌号可用1060、1050、1145、1235等合金牌号中的任一种；按铝箔状态可用O、H14、H24、H22、H18等状态中的任一种；
锂电池负极集电极用铜箔可为压延铜箔电解铜箔、单面光铜箔、双面光铜箔、甚低轮廓度铜箔中的人一种；
所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料中的任一种；
所述负极活性物质为人工石墨、天然石墨、树脂碳、硅碳混合粉体中的一种。
CN201710843481.6A 2017-09-18 2017-09-18 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法 Pending CN107742746A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710843481.6A CN107742746A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710843481.6A CN107742746A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107742746A true CN107742746A (zh) 2018-02-27

Family

ID=61235909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710843481.6A Pending CN107742746A (zh) 2017-09-18 2017-09-18 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107742746A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037560A (zh) * 2018-08-02 2018-12-18 盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心 锂金属石墨烯电池以及石墨烯电池
CN109378443A (zh) * 2018-10-01 2019-02-22 河北工程大学 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
CN109593973A (zh) * 2018-12-29 2019-04-09 中喜（宁夏）新材料有限公司 一种海水或盐湖水提锂工艺
CN114069096A (zh) * 2021-11-12 2022-02-18 天津市捷威动力工业有限公司 一种可调控热传导的复合薄膜及锂离子电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208598A (zh) * 2011-05-12 2011-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 石墨烯涂层改性的锂二次电池的电极极片及其制作方法
CN103187576A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 清华大学 集流体、电化学电池电极及电化学电池
CN103545530A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 清华大学 集流体、锂离子电池电极及锂离子电池
CN103632853A (zh) * 2012-08-24 2014-03-12 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯复合电极、电容器的制备方法
US20170054138A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Ultra-high output power and extremely robust cycle life negative electrode material for lithium secondary battery and method for manufacturing the same, using layer structure of metal oxide nanoparticles and porous graphene

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208598A (zh) * 2011-05-12 2011-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 石墨烯涂层改性的锂二次电池的电极极片及其制作方法
CN103187576A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 清华大学 集流体、电化学电池电极及电化学电池
CN103545530A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 清华大学 集流体、锂离子电池电极及锂离子电池
CN103632853A (zh) * 2012-08-24 2014-03-12 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯复合电极、电容器的制备方法
US20170054138A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Ultra-high output power and extremely robust cycle life negative electrode material for lithium secondary battery and method for manufacturing the same, using layer structure of metal oxide nanoparticles and porous graphene

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037560A (zh) * 2018-08-02 2018-12-18 盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心 锂金属石墨烯电池以及石墨烯电池
CN109037560B (zh) * 2018-08-02 2021-03-16 盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心 锂金属石墨烯电池以及石墨烯电池
CN109378443A (zh) * 2018-10-01 2019-02-22 河北工程大学 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
CN109593973A (zh) * 2018-12-29 2019-04-09 中喜（宁夏）新材料有限公司 一种海水或盐湖水提锂工艺
CN114069096A (zh) * 2021-11-12 2022-02-18 天津市捷威动力工业有限公司 一种可调控热传导的复合薄膜及锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7207829B2 (ja) アノード、これを含むリチウム二次電池、前記リチウム二次電池を含む電池モジュール、およびアノードの製造方法
CN103682476B (zh) 电池
US9136528B2 (en) Magnesium secondary battery, use of electrolytic solution in magnesium secondary battery and electrolytic solution for magnetic secondary battery
CN107742746A (zh) 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
CN110224182B (zh) 一种锂离子电池预锂化的方法
CN105186004B (zh) 一种锂离子电池负极用铜集流体及其制备方法和应用
CN107331888A (zh) 一种含有硅碳材料负极片的锂离子电池及其制备方法
CN104078246A (zh) 一种锂离子电池电容器
CN104538207B (zh) TiNb2O7/碳纳米管复合材料的制备方法及以该材料为负极的锂离子电容器
CN103155242B (zh) 电极片及其制备方法及超级电容器和锂离子电池
CN107180964A (zh) 一种微波法制备掺杂金属氧化物/石墨烯复合纳米材料的方法及应用
CN104916824A (zh) 一种用于锂电池的锡/氧化石墨烯负极材料及其制备方法
CN108539190A (zh) 一种含氧空位的三氧化钼和以其为负极活性材料的水系铝离子电池及它们的制备方法
CN107240714A (zh) 一种可充放电铝离子电池及其制备方法
CN104733785B (zh) 电池
CN106298262B (zh) 一种耐高压的超级电容器电极极片及其制备方法和应用
CN101877394B (zh) 锂离子二次电池负极,其制备方法以及锂离子二次电池
CN103138030A (zh) 非对称稀土电容电池的制备方法
Tokur et al. Electrolytic coating of Sn nano-rods on nickel foam support for high performance lithium ion battery anodes
CN110459773A (zh) 一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用
Gong et al. MXene-modified conductive framework as a universal current collector for dendrite-free lithium and zinc metal anode
CN103854880A (zh) 石墨烯电极片及其制备方法和应用
JP2023523064A (ja) バイポーラ集電体、電気化学装置および電子装置
CN108023071A (zh) 泡沫石墨烯负载镍钴氧负极材料的制备方法及其产品和应用
Zhao et al. Electrochemical performance of Sn film reinforced by Cu nanowire

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20180426

Address after: 516055 5 building, building 108, Dongxin Road, Dongxing area, Dongjiang hi tech Zone, Huizhou, Guangdong, China, A2

Applicant after: Huizhou engu New Energy Industry Technology Research Institute Co., Ltd.

Address before: 518067 D, E unit 19, China Merchants Plaza, 1166 Shekou Road, Shekou, Shenzhen, Guangdong

Applicant before: Shenzhen Valley Energy Holdings Co., Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180227

RJ01 Rejection of invention patent application after publication