一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度、低自放电 率、使用温度范围宽、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。近年 来，锂离子电池应用领域逐步从手机、数码相机等数码产品扩展至新能源汽车、电动工具、 储能等新应用领域后，对锂离子电池性能要求更加严格，为使锂离子电池能满足新领域的 应用需要，必须对锂离子电池存在的缺陷或不足进行改进。
[0003] 锂离子电池包括至少一组正极和负极，所述正极和负极之间通过隔膜连接。其中 的正、负极的电极复合材料的制作工艺是：通过粘合剂将电极材料涂覆在集流体金属箔片 上并成形获得。目前，锂离子电池在内阻、电池散热、安全性、循环寿命、倍率性能、成本等方 面还有待改善，特别是在锂离子电池向新能源汽车应用领域扩展后，安全性显得尤为重要。 传统锂离子电极制备方法是将原材料混合后直接涂覆在基体(铝箔、铜箔等）上，干燥后得 到锂离子电极。传统的锂离子电池电极在制备过程经常会出现露箔现象，若负极出现露铜 箔现象则会引起电池鼓壳、短路等现象，进而会出现爆炸、着火的可能。
【发明内容】
[0004] 本发明主要解决的技术问题是将含有高导电性且能用作负极材料使用的石墨烯 混合材料均匀涂覆在铜箔表面制作功能铜箔，并代替铜箔作为锂离子电池负极集流体制备 锂离子电池电极，消除集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低了锂离子电池在使 用过程中出现安全事故机率，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的 导电性和散热性能。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：用表面均匀涂覆含石墨烯 混合材料的功能铜箔代替铜箔作为锂离子电池负极集流体，利用石墨烯的储锂特性，消除 集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低锂离子电池在使用过程中出现安全事故可 能性，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能。本发 明提供的基于石墨烯的功能铜箔能消除了电极制备过程中露箔的可能性，提高电池的整体 安全性，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
[0006] 提供一种基于石墨烯的功能铜箔，其特征在于：所述功能铜箔包括铜箔基体和含 石墨稀的材料涂层。
[0007] 所述功能铜箔的制备方法，其步骤为： (1) 将石墨烯、添加剂、粘结剂按质量比为（1(T90): (2?30): (3飞0)称料，然后将材 料均匀分散在分散剂中； (2) 将步骤（1)中已均匀分散的浆料均匀涂覆在铜箔上在一定温度下烘干得到功能铜 箔。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中，所述粘结剂可以为聚偏二氟乙烯（pvdf)、聚乙烯醇 缩丁醛（PVB)、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、丁苯橡胶、羧甲基纤维素 钠、LA水系粘合剂或丙烯酸酯基础的聚合物中的一种或多种。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中，所述添加剂包括石墨类（如：KS-6,SO等，包括天然 的、人工合成的或改性的石墨)、碳纤维、石墨烯、硬碳、碳纳米管、导电炭黑（如：乙炔黑、科 琴黑等)、中间相碳微球、软碳、氮化物、硅基材料、钛酸锂中的一种或多种。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，所述分散剂包括去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、N-甲 基吡咯烷酮中的一种或多种。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述烘干条件为在不高于160°c的温度下烘烤 20min?8h〇
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1)分散温度不高于95°C，分散时间在 0. 5tTl0h。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2)涂覆方式为喷涂、刮涂或辊涂，材料涂 层厚度小于300iim。
[0014] 本发明的有益效果是：本发明所制备的功能铜箔消除了集流体在涂覆电池材料过 程中出现的露箔现象，降低锂离子电池在使用过程中出现安全事故可能性，提高的锂离子 电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能，且其制备方法简单，很容 易实现产业化及连续化生产。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明实施例中的功能铜箔的结构示意图；其中1为铜箔，2为含石墨烯的 涂层。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0018] 实施例一： (1) 将石墨烯、导电炭黑、pvdf按照重量比为80:10:10称料，30°C在NMP中分散4h后 备用； (2) 将（1)分散好的浆料刮涂在铜箔表面，90°C烘干。
[0019] 实施例二： (1) 将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料，50°C在NMP 中分散2h后备用； (2) 将（1)分散好的浆料刮涂在铜箔表面，KKTC烘干。
[0020] 实施例三： (1)将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料，40°C在NMP中分散5h后备用； (2)将（1)分散好的浆料辊涂在铜箔表面，KKTC烘干。
[0021] 实施例四： (1) 将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠按照重量比为 43:6:6:18:17称料，50°C在去离子水中分散4h后备用； (2) 将（1)分散好的浆料刮涂在铜箔表面，105°C烘干。
[0022] 实施例五： (1) 将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、pvdf按照重量比为70:10:10:10称料，50°C在NMP 中分散2h后备用； (2)将（1)分散好的浆料刮涂在铜箔表面，KKTC烘干后；在已制备好的功能铜箔表面 涂以中间相碳微球为活性材料的负极浆料并测试电性能。
[0023] 实施例六： (1) 将石墨烯、乙炔黑、pvdf按照重量比为80:10:10称料，30°C在NMP中分散6h后备 用； (2) 将（1)分散好的浆料喷涂在铜箔表面，90°C烘干。
[0024] 实施例七： (1) 将石墨烯、乙炔黑、PVB按照重量比为80:10:10称料，30°C在NMP中分散6h后备 用； (2) 将（1)分散好的浆料喷涂在铜箔表面，90°C烘干。
[0025] 实施例八： (1) 将石墨烯、乙炔黑、KS-6、pvdf按照重量比为80:5:5:10称料，30°C在NMP中分散 4h后备用； (2) 将（1)分散好的浆料刮涂在铜箔表面，90°C烘干。
[0026] 数据测试 将各实施例的功能铜箔做样品电极制作半电池测试电性能，所得样品的测试数据见下 表。
[0027]
【主权项】
1. 一种基于石墨帰的功能铜铅，其特征在于：所述功能铜铅包括铜铅基体和含石墨帰 的材料涂层。
2. 根据权利要求1所述功能铜铅的制备方法，其步骤为： (1) 将石墨帰、添加剂、粘结剂按质量比为（1〇、〇): (2^30): (3^50)称料，然后将材 料均匀分散在分散剂中； (2) 将步骤（1)中已均匀分散的浆料均匀涂覆在铜铅上在一定温度下烘干得到功能铜 铅。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于；所述粘结剂可W为聚偏二氣己帰 (PV壯）、聚己帰醇缩下酵（PVB)、聚氧己帰、聚丙帰酸甲醋、聚己帰化咯焼丽（PVP)、下苯橡 胶、駿甲基纤维素轴、LA水系粘合剂或丙帰酸醋基础的聚合物中的一种或多种。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂包括石墨类巧日；KS-6， SO等，包括天然的、人工合成的或改性的石墨)、碳纤维、石墨帰、硬碳、碳纳米管、导电炭黑 巧口；己快黑、科琴黑等)、中间相碳微球、软碳、氮化物、娃基材料、铁酸裡中的一种或多种。
5. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂包括去离子水、己醇、丙 丽、异丙醇、N-甲基化咯焼丽中的一种或多种。
6. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述烘干条件为在不高于16(TC的温 度下烘烤20min?她。
7. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)分散温度不高于95C， 分散时间在0.化?1化。
8. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2)涂覆方式为喷涂、刮涂 或親涂，材料涂层厚度小于300 y m。
【专利摘要】本发明公开了一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法。所述基于石墨烯的功能铜箔包括铜箔和含有石墨烯的材料涂层。本发明以表面均匀涂覆含石墨烯混合材料的功能铜箔代替铜箔作为锂离子电池负极集流体，利用石墨烯的储锂特性，消除集流体在涂覆电池材料过程中的露箔现象，降低了锂离子电池在使用过程中出现安全事故机率，提高的锂离子电池整体安全性，并改善了锂离子电池电极的导电性和散热性能。本发明提供的基于石墨烯的功能铜箔消除了电极制备过程中露箔的可能性，提高电池的整体安全性，且其制备方法简单，很容易实现产业化及连续化生产。
【IPC分类】H01M4-66
【公开号】CN104600320
【申请号】CN201310521497
【发明人】黎阳, 谢华清, 成信刚
【申请人】上海悦达墨特瑞新材料科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年10月30日