CN109301157A - 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池 - Google Patents

一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN109301157A
CN109301157A CN201811159944.8A CN201811159944A CN109301157A CN 109301157 A CN109301157 A CN 109301157A CN 201811159944 A CN201811159944 A CN 201811159944A CN 109301157 A CN109301157 A CN 109301157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene film
lithium ion
ion battery
negative electrode
follows
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.)
Granted
Application number
CN201811159944.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109301157B (zh
Inventor
何彬
汤小龙
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.)
DONGGUAN SUNLY BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.
Original Assignee
Dongguan Sanzhen Science And Technology Development 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 Dongguan Sanzhen Science And Technology Development Co Ltd filed Critical Dongguan Sanzhen Science And Technology Development Co Ltd
Priority to CN201811159944.8A priority Critical patent/CN109301157B/zh
Publication of CN109301157A publication Critical patent/CN109301157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109301157B publication Critical patent/CN109301157B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6‑8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度8‑10m/min，张力20‑25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6‑7m/min，张力30‑40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。本发明使用石墨烯薄膜为电极集流体，比使用铝箔和铜箔作为集流体节省成本10‑20％；且重量较铜箔和铝箔轻40％‑70％，在大规模生产中更便于操作；使用石墨烯薄膜的电极倍率性能和循环性能更好；石墨石墨烯薄膜的锂离子电池具有更好的导热性，其安全性能比使用铜和铝为集流体的锂离子电池更好。

Description

一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池领域，更具体地，涉及一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池。
背景技术
石墨烯是只有一个碳原子层厚度的石墨，具有理想的二维晶体结构，碳原子通过SP2杂化成键，与周围其他三个碳原子以C—C单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的p电子，未成对的p电子在与平面垂直的方向形成π轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的导电性能。石墨烯只有一个碳原子厚度，并且是己知材料中最薄的一种，然而却非常牢固坚硬，它比钻石还强硬，其强度比钢铁还高100倍。
石墨烯也是目前己知导电性能最出色的材料，其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。此外，石墨烯还具有许多优异的性能:如较高的杨氏模量、热导率、较高的载流子迁移率、巨大的比表面积、铁磁性等等。这些优越的性质及其特殊的二维结构使得科学家认为石墨烯拥有非常美好的发展前景。其中在储能领域，石墨烯可以作为锂离子电池、超级电容器、太阳能电池和燃料电池等储能器件的电极材料。
现有锂离子电池体系中，铝箔和铜箔分别作为正负极集流体，其具有操作方便，导电性能好等优点。但是，使用铝箔和铜箔作为集流体也有一些缺点：
1.金属成本较高，其中价格为铜箔＞铝箔＞石墨烯薄膜；
2.正负极导热系数不一致，铜导热系数为380W/m.k,铝导热系数为202W/m.k,而石墨导热系数为1200W/m.k，比铝和铜的导热系数分别高6倍和4倍；
3.使用金属箔材作为电极集流体时，电极经过辊压工序后，会在辊压方向产生延伸，对电极性能会产生不良影响，但是石墨烯薄膜经过辊压后的延伸率可以忽略不计，易于锂离子电池电极加工。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，以石墨烯薄膜作为锂离子电池集流体。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度8-10m/min，张力20-25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。
优选地，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt％-95.0wt％、CNTs 0.7wt％-1.2wt％、碳黑CB 1.0wt％-2.0wt％、PVDF 2.5wt％-3.5wt％、NMP 0.25wt％-0.35wt％。
优选地，所述负极浆料为：石墨93.5wt％-94.5wt％、碳黑CB 2.0wt％-2.5wt％、PVDF 3.5wt％-4.0wt％。
优选地，所述钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度为2.8-3.0g/cc。
优选地，所述石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm；振实密度：1.0-1.15g/cc。
优选地，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm，负极片的厚度为0.128-0.135mm。
优选地，使用导电胶粘结石墨烯薄膜，正极使用铝极耳，负极使用铜极耳，导电胶包含CNTs、PVDF、NMP。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)使用石墨烯薄膜为电极集流体，比使用铝箔和铜箔作为集流体节省成本10-20％。
(2)石墨烯作为集流体，重量较铜箔和铝箔轻40％-70％，在大规模生产中更便于操作。
(3)石墨烯的电阻率为1.0*10-6Ω.cm,铜的电阻率为1.7*10-6Ω.cm,铝的电阻率为2.9*10-6Ω.cm，石墨烯的电导率约为铜的2倍，铝的3倍，所以使用石墨烯薄膜的电极倍率性能和循环性能更好。
(4)铜导热系数为380W/m.k，铝导热系数为202W/m.k,而石墨导热系数为1200W/m.k，石墨石墨烯薄膜的锂离子电池具有更好的导热性，其安全性能比使用铜和铝为集流体的锂离子电池更好。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。
实施例1
一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度10m/min，张力25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度7m/min，张力30MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。
其中，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt％、CNTs 1.2wt％、碳黑CB 1.05wt％、PVDF3.5wt％、NMP 0.25wt％；所述钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度为2.8-3.0g/cc。
所述负极浆料为：石墨94.5wt％、碳黑CB 2.0wt％、PVDF 3.5wt％；所述石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm；振实密度：1.0-1.15g/cc。
所述正极片的厚度为0.115-0.125mm，负极片的厚度为0.128-0.135mm。使用导电胶粘结石墨烯薄膜，正极使用铝极耳，负极使用铜极耳，导电胶包含CNTs、PVDF、NMP，按现有方法混合制成导电胶。
所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。
实施例2
本实施例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极片的涂覆条件为：速度8m/min，张力20MPa；所述负极片的涂覆条件为：速度6m/min，张力40MPa。
所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。
实施例3
本实施例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极浆料为：钴酸锂95.0wt％、CNTs 0.7wt％、碳黑CB 1.45wt％、PVDF 2.5wt％、NMP 0.35wt％；所述负极浆料为：石墨93.5wt％、碳黑CB 2.5wt％、PVDF 4.0wt％。
所述锂离子电池的成本、重量、电导率、循环性能和安全性均较传统的锂离子电池更优。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。
对比例1
本对比例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正、负极片的石墨烯薄膜的厚度均为10μm。
所述锂离子电池的电导率、循环性能较实施例的锂离子电池更差。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约75％。
对比例2
本对比例与实施例1大体相同，不同之处在于，所述正极片的涂覆条件中：温度依次为60℃、100℃、120℃、130℃、90℃、50℃；负极片的涂覆条件中：温度依次为：50℃、80℃、100℃、130℃、80℃、40℃。
所述锂离子电池的电导率、循环性能较实施例的锂离子电池更差。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约73％。
对比例3
本对比例与实施例1大体相同，不同之处在于，正极浆料为：钴酸锂95.0wt％、CNTs1.7wt％、碳黑CB 0.45wt％、PVDF 2.5wt％、NMP 0.35wt％。
所述锂离子电池的电导率、循环性能较实施例的锂离子电池更差。该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约71％。
以上详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，分别将正、负极浆料涂覆在6-8μm厚度的石墨烯薄膜上，经辊压形成所述正极片和负极片，所述正极片的涂覆条件为：速度 8-10m/min，张力20-25MPa，温度依次为50℃、90℃、120℃、140℃、80℃、40℃；所述负极片的涂覆条件为：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为：50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料为：钴酸锂94.0wt%-95.0wt%、CNTs 0.7wt%-1.2wt%、碳黑CB 1.0wt%-2.0wt%、PVDF2.5wt%-3.5wt%、NMP 0.25wt%-0.35wt%。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述负极浆料为：石墨93.5wt%-94.5wt%、碳黑CB 2.0wt%-2.5wt%、PVDF 3.5wt%-4.0wt%。
4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述钴酸锂为粒径D50=15.0-20.0 μm单晶大颗粒；振实密度为2.8-3.0 g/cc。
5.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述石墨为粒径D50=17.0-22.0 μm；振实密度：1.0-1.15 g/cc。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm，负极片的厚度为0.128-0.135mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池，其特征在于，使用导电胶粘结石墨烯薄膜，正极使用铝极耳，负极使用铜极耳，导电胶包含CNTs、PVDF、NMP。
CN201811159944.8A 2018-09-30 2018-09-30 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池 Active CN109301157B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811159944.8A CN109301157B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811159944.8A CN109301157B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109301157A true CN109301157A (zh) 2019-02-01
CN109301157B CN109301157B (zh) 2021-12-14

Family

ID=65161429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811159944.8A Active CN109301157B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109301157B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113517444A (zh) * 2020-04-10 2021-10-19 荣盛盟固利新能源科技有限公司 集流体、集流体制造方法、电极极片及锂离子电池
CN114203947A (zh) * 2021-10-29 2022-03-18 兰钧新能源科技有限公司 一种动力电池极片及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104271500A (zh) * 2012-06-29 2015-01-07 海洋王照明科技股份有限公司 一种石墨烯薄膜及其制备方法和用途
CN104347881A (zh) * 2013-07-23 2015-02-11 中国科学院金属研究所 一种电池用石墨烯基集流体的制备方法和应用
CN104810504A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中国科学院金属研究所 一种柔性石墨烯集流体与活性材料一体化电极极片及其制备方法
CN105938907A (zh) * 2016-05-26 2016-09-14 江苏深苏电子科技有限公司 一种高导电性石墨烯集流体的制备方法
CN108565495A (zh) * 2018-04-26 2018-09-21 北京石墨烯研究院 高压锂离子电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104271500A (zh) * 2012-06-29 2015-01-07 海洋王照明科技股份有限公司 一种石墨烯薄膜及其制备方法和用途
CN104347881A (zh) * 2013-07-23 2015-02-11 中国科学院金属研究所 一种电池用石墨烯基集流体的制备方法和应用
CN104810504A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中国科学院金属研究所 一种柔性石墨烯集流体与活性材料一体化电极极片及其制备方法
CN105938907A (zh) * 2016-05-26 2016-09-14 江苏深苏电子科技有限公司 一种高导电性石墨烯集流体的制备方法
CN108565495A (zh) * 2018-04-26 2018-09-21 北京石墨烯研究院 高压锂离子电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113517444A (zh) * 2020-04-10 2021-10-19 荣盛盟固利新能源科技有限公司 集流体、集流体制造方法、电极极片及锂离子电池
CN114203947A (zh) * 2021-10-29 2022-03-18 兰钧新能源科技有限公司 一种动力电池极片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109301157B (zh) 2021-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018177175A1 (zh) 一种电池电极及其制备方法和电池
JP2020503639A (ja) 集電体、その極シートと電気化学デバイス
CN107946576B (zh) 一种高倍率石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池
TW201327991A (zh) 集流體、電化學電池電極及電化學電池
CN103050704B (zh) 一种多孔导电添加剂及其制备方法、锂离子电池
US20110157770A1 (en) High performance carbon nanotube energy storage device
CN108039449B (zh) 锂离子电池的制备方法及锂离子电池
Susantyoko et al. Influences of annealing on lithium-ion storage performance of thick germanium film anodes
CN108232320A (zh) 全固态薄膜锂离子电池的制备方法及全固态薄膜锂离子电池
CN103579631A (zh) 一种铜箔集流体的制备方法及应用
CN103579630A (zh) 一种铝箔集流体的制备方法及应用
CN109850886B (zh) 一种多孔状石墨材料及其制备方法与应用
CN102593415A (zh) 锂离子电池正极的制备方法
CN103515119A (zh) 一种正极集流体及其制备方法和应用
CN112331913A (zh) 复合固态电解质、制备方法及应用
CN112875680B (zh) 一种片状Fe基合金催化生长碳纳米管阵列的制备方法
CN109301157A (zh) 一种基于石墨烯薄膜的锂离子电池
CN115172660A (zh) 金属箔及制备方法与锂电池负极和锂电池
CN103647047A (zh) 一种碳纳米管/SnO2同轴复合阵列锂离子电池负极材料
CN102887504A (zh) 一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法
Kim et al. Nanoporous silicon flakes as anode active material for lithium-ion batteries
CN204333111U (zh) 一种铜基石墨烯聚合物锂电池负极结构
Liu et al. Ionic liquid electrodeposition of Ge nano-film on Cu wire mesh as stable anodes for lithium-ion batteries
Guo et al. A PEG-grafted carbon hybrid as sulfur host for high-performance lithium-sulfur batteries
JP2015506549A (ja) 活物質が充填されたフィルム形態の陰極電極及びその製造方法

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: 20211123

Address after: 523000 block 30, new sun industrial city, No. 8, Xinyang Road, lincun community, Tangxia Town, Dongguan City, Guangdong Province

Applicant after: DONGGUAN SUNLY BATTERY TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 523000 room 710A, Junda commercial center, No. 23, Dongcheng Avenue, Xingtang community, Guancheng street, Dongguan City, Guangdong Province

Applicant before: DONGGUAN SANZHEN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant