CN116864697A - 石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，石墨烯涂层材料包括石墨烯、纳米碳球、分散粘结剂、PH调节剂和去离子水，且石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构；在集流体的至少一个表面涂布所述石墨烯涂层材料，固化后形成石墨烯涂层，从而获得石墨烯涂层集流体，在所述石墨烯涂层集流体表面涂布负极浆料，固化后经辊压和分切获得负极片。所述石墨烯涂层能够有效的增加集流体与负极片活性材料层之间的粘结力，并降低负极片的电阻率，同时延长锂电池的寿命。
Description
技术领域
本申请涉及电池涂层材料技术领域，尤其是涉及石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池。
背景技术
锂二次电池具有高能量密度、长寿命、轻量化、低自放电率、无记忆效应等优点。它们具有更高的能量密度和功率密度，可为便携式电子设备、电动汽车、无人机、太阳能储能等领域提供更加持久和高效的电源。锂离子电池是一种通过锂离子在正、负极之间往返移动来储存和释放电能的二次电池，其工作原理是通过正极材料和负极材料之间的锂离子移动来完成电荷的储存和释放。负极集流体铜箔是电池中的关键部件之一，其作用是连接电池的负极，将电池产生的电能输出。
目前，工业生产中，仅通过简单的涂覆工艺将活性材料层与集流体结合，界面接触电阻较大，并且随着电池持续不断的充放电，活性材料层容易从集流体表面脱落，从而造成电池容量衰减。
发明内容
本申请的目的在于提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，本申请提供的石墨烯涂层材料中，石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，在集流体的表面涂布所述石墨烯涂层材料，以获得石墨烯涂层集流体，由所述石墨烯涂层集流体制得的电池负极片具有导电性好、内部电阻低、粘结性好、能够有效延长锂电池寿命的特点。
为达到上述目的及其他相关目的，本申请提供一种石墨烯涂层材料，包括以下重量份原料：
石墨烯6～10份、纳米碳球2～3份、分散粘结剂6～15份、PH调节剂0.1～0.5份和去离子水72～86份；
其中，所述石墨烯为二维片状石墨烯，且所述石墨烯与所述纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本申请提供一种前述实施方式所述的石墨烯涂层材料的制备方法，包括：
向石墨烯中加入纳米碳球，并添加分散粘结剂、PH调节剂和去离子水，以获取混合溶液，所述石墨烯为二维片状石墨烯；
将所述混合溶液进行分散，以获取分散液；
将所述分散液进行砂磨，使得所述石墨烯和所述纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，以获取所述石墨烯涂层材料。
可选地，所述二维片状石墨烯为片状氧化石墨烯。
可选地，所述分散机的转速为2000～4000r/min，分散时间为20～60min。
可选地，所述砂磨机的砂磨介质为锆珠，所述砂磨介质的直径为0.3～1mm，砂磨时间为30～90min。
可选地，所述纳米碳球由水热法制得，包括以下步骤：
将单糖溶于去离子水中，以获得单糖溶液，所述单糖的浓度为0.2～0.7mol/L；
将所述单糖溶液置于反应釜中反应2～5h，反应温度为150～200℃；
将反应后的单糖溶液进行离心，并收集下层产物；
将所述下层产物烘干，以获取所述纳米碳球，烘干温度为40～70℃。
可选地，所述分散粘结剂为聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐的一种或几种的混合物，所述PH调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钙或链烷醇胺的一种或几种的混合物。
本申请提供一种石墨烯涂层集流体，包括涂覆在集流体至少一个表面的由根据前述的石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层。
本申请提供一种电池负极片，包括负极活性材料涂层和前述实施方式的石墨烯涂层集流体。
本申请提供一种电池，包括前述实施方式的电池负极片。
本申请提供的石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，至少具有以下有益效果：
本申请提供的石墨烯涂层材料中，石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，在集流体的表面涂布所述石墨烯涂层材料，固化后形成石墨烯涂层，从而获得石墨烯涂层集流体，在所述石墨烯涂层集流体表面涂布负极浆料，经辊压和分切后获得电池负极片。本申请提供的石墨烯涂层材料，纳米碳球嵌入石墨烯的层与层之间，有效的降低了电池负极片的电阻率，同时，在石墨烯中引入刚性碳纳米粒子对石墨烯膜进行柱撑，从而形成三维纳米结构，有效的增加了石墨烯涂层集流体与活性材料层之间的粘结力，并且石墨烯涂层能够将沉积的锂容纳于三维孔隙中，抑制了电池内枝晶的形成，从而有效的延长了锂电池的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1显示为本申请实施例一提供的石墨烯涂层材料中的纳米碳球柱撑石墨烯结构的示意图。
图2显示为本申请实施例一提供的电池负极片的结构示意图。
附图标记列表：
11 石墨烯涂层集流体 111 铜箔集流体
112 石墨烯涂层 12 负极活性材料涂层
具体实施方式
为使本申请的技术目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或|“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方案结合。
锂离子电池具有高能量密度和高功率密度的特点，能够为便携式电子设备、电动车、太阳能储能等领域提供持久和高效的能源。锂离子电池通过锂离子在正极、负极之间往返运动，实现电荷的存储和释放。负极集流体是电池的关键部件之一，用于连接电池的负极，将电池产生的电能输出。
工业生产中，仅通过简单的涂覆工艺将活性材料层与集流体结合，使得界面接触电阻较大；并且随着电池持续不断的充放电，活性材料层容易从集流体表面脱落，从而造成电池容量衰减。
为了解决上述问题，中国专利文件CN107749479A公开了一种涂碳铜箔负极片及含有该负极片的动力电池，其中，所述涂碳铜箔负极片包括铜箔和负极材料涂层，所述铜箔的两个表面上设有涂碳层，所述负极材料涂层设于涂碳层表面。所述涂碳铜箔负极片具有各层粘结力强，负极材料不易脱落的特点。但是所述涂碳层采用常规的导电炭，其导电性能较差，表面结构单一。并且由于金属负极自身电化学性质的活泼性和电化学溶解沉积的不均匀性，会导致电池在循环过程中产生枝晶，当枝晶生长到一定程度时可能穿透隔膜，从而引发电池短路等问题。
为了解决现有技术的缺陷，本申请提出一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池。现通过具体实施例详细描述本申请。
在本申请的描述中：
“常温”指20℃至25℃；
“原位引入”指在不破坏石墨烯原有的片状结构的情况下嵌入纳米碳球。
本申请中的电池，可以包括锂离子二次电池、钠锂电池、锂硫电池等，本申请实施例对此并不限定。
实施例一
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料包括以下重量份原料：
其中，如图1所示，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例还提供一种所述石墨烯涂层材料的制备方法，具体为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.2mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应2h，反应温度为150℃；反应结束后，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干以形成所述纳米碳球，烘干温度为50℃；
2)获取混合溶液，在片状氧化石墨烯中原位引入所述纳米碳球，添加分散粘结剂、PH调节剂与去离子水，搅拌获得混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中进行分散，获得分散液；其中，分散机转速为2000/min，分散时间为20min；
4)获得所述石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中进行砂磨，获得所述石墨烯涂层材料；其中，砂磨时间为30min，砂磨介质为锆珠，所述砂磨介质的直径为0.3mm。
本实施例中的分散粘结剂为聚丙烯酸盐，PH调节剂为氨水。
在可选实施例中，分散粘结剂为聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐中的一种或多种的混合物；PH调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钙或链烷醇胺中的一种或多种的混合物。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体11，参照图2，包括由根据所述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层112，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体111的两个表面上，可选地，涂布方式为刮涂，涂布湿膜厚度为5μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层；可选地，烘干温度为90℃，烘干时长为30min。
在可选实施例中，可以将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的一个表面上，涂布方式可以为刮涂、旋涂、凹版涂布、微凹涂布和狭缝挤压涂布中的任一种。
本实施例提供一种电池负极片，如图2所示，所述电池负极片包括负极活性材料涂层12和上述石墨烯涂层集流体11，所述电池负极片的制备方法为：
将负极活性材料石墨、导电剂炭黑SP、增稠剂CMC和粘结剂SBR按质量比93.7:2.0:1.3:3.0进行混合，随后向其中加入溶剂NMP，搅拌至均一状后，获得负极浆料；可选地，所述负极浆料的固含量为50％；
将所述负极浆料涂布在所述石墨烯涂层集流体上，涂布方式为狭缝挤压涂布；可选地，涂布湿膜厚度为100μm；
将涂覆负极浆料的石墨烯涂层集流体置于烘干箱中烘干，形成负极活性材料涂层12；可选地，所述烘干箱的烘干温度为90℃，烘干时间为24h；
将烘干后的负极集流体进行辊压和分切，获得电池负极片。
在可选实施例中，所述负极活性材料可以为碳质材料、可与锂合金化的金属化合物、可以掺杂或不掺杂锂的金属氧化物以及包括金属化合物和碳质材料的复合物中的一种或几种；导电剂可以为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或几种；粘结剂可以为聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯腈、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)、磺化的EPDM、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、氟橡胶、或它们的各种共聚物中一种或几种。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片，本实施例提供的电池的制备方法为：
1)正极极片的制备
将正极活性材料LFP、导电剂炭黑SP、导电剂CNT和粘结剂PVDF按质量比96:1.5:1.5:3.5进行混合，随后向其中加入溶剂NMP，搅拌至均一状后，获得正极浆料；可选地，所述正极浆料的固含量为65％；
将所述正极浆料涂布在铝箔集流体上，涂布方式为狭缝挤压涂布；可选地，涂布湿膜厚度为120μm；
将涂布正极浆料的铝箔集流体置于烘干箱中烘干；
将烘干后的正极集流体进行辊压和分切，以获得电池正极片。
2)电解液的制备
将碳酸亚乙酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC按照体积3:4:3进行混合得到混合有机溶剂，将锂盐六氟磷酸锂溶解于所述混合有机溶剂中，并加入VC添加剂，将锂盐浓度配置为1mol/L，得到电解液。可选地，VC添加剂的体积比为2％。
在可选实施例中，锂盐可以为四氟硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或几种；有机溶剂可以为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的一种或几种。
3)获取隔离膜
本实施例中的隔离膜为聚乙烯膜，所述隔离膜为单层薄膜。
在可选实施例中，隔离膜的材料可以为聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、聚酰胺中的一种或几种，隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。
4)电池的组装
将所述正极极片、隔离膜、负极片按顺序进行折叠，经卷绕后获得电芯，将所述电芯进行极耳焊接和封装，向封装后的电芯中注入电解液，以获得所述电池。
实施例二
本实施例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.7mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应5h，反应温度为200℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干，获得所述纳米碳球，烘干温度为70℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散60min，获得分散液，所述分散机的转速为4000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨90min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.5mm。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据上述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为2μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为70℃，烘干时长为15min。
本实施例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为80℃，烘干时间为30h。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
实施例三
本实施例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.5mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应4h，反应温度为170℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干，获得所述纳米碳球，烘干温度为60℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散40min，获得分散液，所述分散机的转速为3000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨60min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.3mm。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据上述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为3μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为80℃，烘干时长为20min。
本实施例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为90℃，烘干时间为26h。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
实施例四
本实施例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.2mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应4h，反应温度为170℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干，获得所述纳米碳球，烘干温度为60℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散40min，获得分散液，所述分散机的转速为3000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨60min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.3mm。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据上述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为3μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为80℃，烘干时长为20min。
本实施例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为90℃，烘干时间为26h。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
实施例五
本实施例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.7mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应4h，反应温度为200℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干，获得所述纳米碳球，烘干温度为70℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散60min，获得分散液，所述分散机的转速为4000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨90min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.5mm。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据上述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为2μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为70℃，烘干时长为20min。
本实施例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为80℃，烘干时间为28h。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
实施例六
本实施例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本实施例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.7mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应4h，反应温度为200℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干，获得所述纳米碳球，烘干温度为70℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散40min，获得分散液，所述分散机的转速为4000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨60min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.5mm。
本实施例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据上述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为2μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为70℃，烘干时长为15min。
本实施例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为80℃，烘干时间为30h。
本实施例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
对比例一
本对比例提供一种电池负极片，所述电池负极片的制备方法为：
将负极活性材料石墨、导电剂炭黑SP、增稠剂CMC和粘结剂SBR按质量比93.7:2.0:1.3:3.0进行混合，随后向其中加入溶剂NMP，搅拌至均一状后，获得负极浆料，所述负极浆料的固含量为50％；
将所述负极浆料涂布在铜箔集流体上，涂布方式为狭缝挤压涂布，涂布湿膜厚度为100μm；
将涂布负极浆料的所述铜箔集流体置于烘干箱中烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为30h；
将烘干后的负极集流体进行辊压和分切，以获得电池负极片。
本对比例还提供一种电池，包括上述电池负极片，所述电池的制备方法与实施例一相同。
对比例二
本对比例提供一种涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本对比例提供一种涂层材料，所述涂层材料各组分的质量配比如下：
本对比例提供的所述涂层材料的制备方法为：
1)将所述涂层材料的各组分材料进行混合，获得混合溶液；
2)将所述混合溶液置于分散机中分散40min，获取分散液，所述分散机的转速为3000r/min；
3)将所述分散液置于砂磨机中砂磨60min，获得所述涂层材料，砂磨介质的直径为0.3mm。
本对比例提供一种涂层集流体，包括由根据所述涂层材料形成的导电涂层，所述导电涂层的涂布湿膜厚度为2μm，所述导电涂层的烘干温度为70℃，烘干时长为20min。
本对比例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为90℃，烘干时间为24h。
本对比例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
对比例三
本对比例提供一种石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本对比例提供一种石墨烯涂层材料，所述石墨烯涂层材料的各组分的质量配比如下：
其中，片状氧化石墨烯和纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
本对比例提供的石墨烯涂层材料的制备方法为：
1)获取纳米碳球，将葡萄糖溶于一定体积的去离子水中，配置成0.7mol/L的葡萄糖溶液，将所述葡萄糖溶液置于反应釜中反应5h，反应温度为200℃，将反应后的葡萄糖溶液置于离心机中离心处理，并收集下层产物，将所述下层产物置于烘箱中烘干以形成所述纳米碳球，烘干温度为70℃；
2)获取混合溶液；
3)获取分散液，将所述混合溶液置于分散机中分散60min，获得分散液，所述分散机的转速为4000/min；
4)获取石墨烯涂层材料，将所述分散液置于砂磨机中砂磨90min，获得所述石墨烯涂层材料，砂磨介质的直径为0.5mm。
本对比例提供一种石墨烯涂层集流体，包括由根据所述石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层，所述石墨烯涂层的制备方法为：
将所述石墨烯涂层材料涂布在铜箔集流体的两个表面上，涂布湿膜厚度为2μm；
将涂覆有所述石墨烯涂层材料的铜箔集流体置于烘箱中烘干，获得所述石墨烯涂层，其中，烘干温度为80℃，烘干时长为20min。
本对比例提供一种电池负极片，所述电池负极片包括上述石墨烯涂层集流体，所述电池负极片的烘干温度为80℃，烘干时间为27h。
本对比例还提供一种电池，包括上述电池负极片。
对比例四
本对比例提供一种涂碳铜箔负极片及应用其的电池。
本对比例提供的涂碳铜箔负极片包括厚度为10μm的铜箔、负极材料涂层，所述铜箔的两个表面上设有涂碳层，所述负极材料涂层设置于涂碳层表面。所述涂碳铜箔负极片的制备方法见中国专利文件CN107749479的实施例一。
本对比例提供一种电池，所述电池包括上述涂碳铜箔负极片，所述电池的制备方法与实施例一相同。
测试例
1、试验构建
在常温下，对实施例1～6及对比例1～4中的电池负极片进行电阻率测试和粘结力测试，对实施例1～6及对比例1～4中的电池进行容量保持率测试。
1)电池负极片电阻率测试
在极片电阻率测试仪上，采用两探针法直接测量负极片的整体电阻率。
2)电池负极片粘结力测试
将实施例1～6及对比例1～4中的负极片切割成15*200mm尺寸的样条，将胶带粘在所述样条的表面，使用拉力测试仪对所述样条进行180°的剥离粘结力测试。
3)电池容量保持率测试
使用电池测试柜对电池进行3CC/3CD测试，其中，充电倍率为3C，充电截止电压≥4.3V，放电截止电压≤2.5V，电池充放电循环200周后检测其容量保持率。
2、测试结果
实施例1～6和对比例1～4中的电池负极片的电阻率和粘结力测试结果如表1所示。
表1电池负极片的电阻率和粘结力测试结果
实施例1～6和对比例1～4中的电池的容量保持率测试结果如表2所示。
表2电池的容量保持率测试结果
| 常温下容量保持率 | |
| 实施例1 | 94.9％ |
| 实施例2 | 96.2％ |
| 实施例3 | 95.4％ |
| 实施例4 | 95.4％ |
| 实施例5 | 96.0％ |
| 实施例6 | 95.1％ |
| 对比例1 | 91.4％ |
| 对比例2 | 92.7％ |
| 对比例3 | 93.1％ |
| 对比例4 | 93.25％ |
将表1中的实施例1～6与对比例1～4对比可知，本申请提供的石墨烯涂层材料可以有效的增加负极集流体与负极活性材料涂层之间的粘结力并降低电池负极片的电阻率。本申请提供的石墨烯涂层材料，在二维片状石墨烯中原位引入纳米碳球，经分散与砂磨后，形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，使得纳米碳球嵌入二维片状石墨烯的层与层之间，有效降低了电池负极片的电阻率，使电池负极片具有更好的导电性。同时，在二维片状石墨烯中引入刚性碳纳米粒子对二维片状石墨烯膜进行柱撑，从而形成三维纳米结构，提高了石墨烯涂层的粘结力和机械性能，使得集流体在锂电池使用过程中负极活性材料不易从负极表面脱落，保证了电池电化学性能的稳定性。
将表2中的实施例1～6与对比例1～4对比可知，本申请提供的石墨烯涂层材料可以有效的提高电池的容量保持率，从而延长了电池的寿命。本申请提供的石墨烯涂层材料中，二维片状氧化石墨烯与纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，在负极集流体上涂布所述石墨烯涂层材料，能够将沉积的锂容纳于三维孔隙中，抑制了电池内枝晶的形成，从而有效的延长了锂电池的寿命。本申请提供的石墨烯涂层材料的制备方法简单，原料易得，对高性能锂二次电池的发展具有重要意义。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种石墨烯涂层材料，其特征在于，包括以下重量份原料：
石墨烯6～10份、纳米碳球2～3份、分散粘结剂6～15份、PH调节剂0.1～0.5份和去离子水72～86份；
其中，所述石墨烯为二维片状石墨烯，且所述石墨烯与所述纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构。
2.权利要求1所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，包括：
向石墨烯中加入纳米碳球，并添加分散粘结剂、PH调节剂和去离子水，以获取混合溶液，所述石墨烯为二维片状石墨烯；
将所述混合溶液进行分散，以获取分散液；
将所述分散液进行砂磨，使得所述石墨烯和所述纳米碳球形成纳米碳球柱撑石墨烯结构，以获取所述石墨烯涂层材料。
3.根据权利要求2所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述二维片状石墨烯为片状氧化石墨烯。
4.根据权利要求2所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述分散机的转速为2000～4000r/min，分散时间为20～60min。
5.根据权利要求2所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述砂磨机的砂磨介质为锆珠，所述砂磨介质的直径为0.3～1mm，砂磨时间为30～90min。
6.根据权利要求2所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述纳米碳球由水热法制得，包括以下步骤：
将单糖溶于去离子水中，以获取单糖溶液，所述单糖的浓度为0.2～0.7mol/L；
将所述单糖溶液置于反应釜中反应2～5h，反应温度为150～200℃；
将反应后的单糖溶液进行离心，并收集下层产物；
将所述下层产物烘干，以获取所述纳米碳球，烘干温度为40～70℃。
7.根据权利要求2所述的石墨烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述分散粘结剂为聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐的一种或几种的混合物，所述PH调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钙或链烷醇胺的一种或几种的混合物。
8.一种石墨烯涂层集流体，其特征在于，包括涂覆在集流体至少一个表面的由根据权利要求1所述的石墨烯涂层材料形成的石墨烯涂层。
9.一种电池负极片，其特征在于，包括负极活性材料涂层和如权利要求8所述的石墨烯涂层集流体。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池负极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311050097.2A CN116864697A (zh) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 石墨烯涂层材料及制备方法、集流体、负极片和电池 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN116864697A true CN116864697A (zh) | 2023-10-10 |
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2023
- 2023-08-21 CN CN202311050097.2A patent/CN116864697A/zh active Pending
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