石墨烯涂覆鋁箔集流體及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種石墨烯涂覆鋁箔集流體的制備方法，包括：將石墨烯分散在溶劑中，再加入一定量分散劑，打開Microfluidizer?M?110L高壓微射流勻質機，調節壓力為400?10000英鎊/平方英寸PSI，在分散劑乳化的基礎上分散石墨烯材料，得到一次分散液，經靜置后，取上層分散液；向所述上層分散液中加入重量百分比為0.5?10％的粘結劑高速剪切分散，并調節粘度在300?1500厘泊之間，制備出均勻的復合導電石墨烯涂層液；鋁箔進行表面粗糙化預處理，將所述復合導電石墨烯涂層液涂覆在預處理過的鋁箔材料的表面，在80?120℃溫度下真空烘干，制得石墨烯涂覆鋁箔集流體。本發明專利技術還涉及一種由上述方法獲得的一種石墨烯涂覆鋁箔集流體。

Graphene coated aluminium foil fluid collection and preparation method thereof

Method for preparing a fluid, the invention discloses a graphene coated aluminum foil set includes: graphene dispersed in a solvent, adding a certain amount of dispersant, open the Microfluidizer M 110L high pressure micro jet homogenizer, adjust the pressure of 400 pounds per square inch 10000 PSI, based on the dispersion of graphene materials dispersant emulsion, a dispersion, the static, taking the dispersion; to the upper dispersing weight percentage of binder 0.5 dispersed high shear 10% liquid, and adjust the viscosity between 300 1500 centipoise, prepared graphene composite conductive coating liquid evenly; aluminum foil surface roughening pretreatment, the surface of aluminum foil material and the compound conductive graphene coating liquid is coated on the pretreated, 80 vacuum drying at a temperature of 120 DEG C, prepared graphene coated with aluminum foil. Body. The invention also relates to a graphite coating aluminum foil fluid collector obtained by the method.

【技術實現步驟摘要】
石墨烯涂覆鋁箔集流體及其制備方法
本專利技術涉及鋰離子電池集流體材料領域，具體為一種高性能石墨烯涂覆鋁箔集流體及其制備方法。
技術介紹
新能源汽車作為戰略性新興產業，在全球范圍內正在由示范運行向市場化發展，作為其核心部件的動力電池發展迅猛，近兩年來需求缺口也進一步擴大。鋰離子電池作為一類移動電源，由于具有能量密度大、循環壽命長、自放電小等突出性能，被廣泛應用于移動通信、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電子器件，以及電動工具、無人機、電動滑板車、軍事防御和航空航天等領域。當作為新能源汽車的車載電源時，還需要動力電池具有高容量、高功率、長壽命、寬溫度適應性和安全性等。集流體作為鋰離子電池一類支撐正負極活性材料，并收集電化學反應電子的電池部件，除了要具有化學和電化學穩定性外，本身的導電性也將會直接影響電極活性材料性能的發揮，繼而影響整個電池的倍率、循環壽命等綜合性能。鋁箔具有便宜、容易加工以及密度輕等特點、特別是其表面會產生一層氧化物，具有很好的電化學穩定性，保障了電池在高電壓不會發生腐蝕，因此，鋰離子電池正極通常選用鋁箔作為正極集流體；而銅箔作為一種導電性極佳的金屬，通常被選做負極集流體。通常電極活性材料會涂覆在鋁箔等表面，在電池充放電發生電化學反應時，所產生的電子通過電極活性材料中的導電通路收集到集流體上，在兩相界面產生接觸電阻，電池內阻升高，產生極化，電池工作電壓下降而導致電池性能劣化。此外，由于電極活性材料通常借助粘結劑粘結在集流體表面，為了使活性材料在光滑的金屬集流體表面粘結牢固，通常加入較多的絕緣性粘結劑，影響了電極的導電性和能量密度。中國專利(公開號CN102832392A)公開了一種利用碳材料(導電炭黑SuperP和碳纖維VGCF)涂覆集流體形成導電節點和導電網絡，能夠有效降低界面阻抗，減少內阻，提高電池循環壽命和倍率性能；而中國專利(公開號CN105047941A)公開了一種利用碳納米管涂覆鋁箔和銅箔集流體形成導電網絡，降低了電池內阻降低，電極活性材料粘附力也增強，這些不但顯示了其在鋰離子電池，在超級電容器中等電化學器件中有著廣大的應用前景。石墨烯是有單層碳原子構成的具有二維結構的碳材料，其突出特點即電子導電性，室溫下的載流子遷移率可高達100,000cm2V-1s-1(Geim,A.K.；Novoselov,K.S.NatureMaterials2007,6,183)。同時，石墨烯還具有較高的機械性能和巨大的比表面積，這些優良特性也使其被制備成不同的石墨烯分散液、石墨烯導電液、石墨烯導電漿料和石墨烯導電膏等，添加到不同材料(如高分子、橡膠、塑料、油漆等)中作為添加劑進一步發揮材料的性能。在本專利技術中，就是利用石墨烯的高導電性和巨大的比表面積，特別是其片狀結構，所制備石墨烯分散液涂覆在鋁箔上，制備出石墨烯涂覆鋁箔集流體并應用于鋰離子電池中，降低電池內阻，提高活性材料的粘附力，從而達到提高電池循環壽命和倍率性能。目前，制備碳材料(如顆粒狀如導電炭黑SuperP，乙炔黑、KetjenBlack等；纖維狀如導電纖維VGCF，碳納米管等)的分散液主要是采用攪拌或超聲分散。雖然制備工藝簡單，但是，由于在攪拌過程中需要添加大量前驅物反應源，使得合成工藝復雜，但分散效果有限，而大功率超聲使用也會造成熱量瞬間聚結，揮發了溶劑，故而需要附加降溫設備，特別是超聲也造成碳材料過量破碎，形成更多缺陷，影響了材料導電性。并且長時間使用，耗能嚴重，工業化生產時效率低下，難以適應工業化生產。特別是石墨烯分散性較差，容易團聚。使得石墨烯涂層導電性無法充分利用，降低了電極導電性；此外，制備過程中，由于石墨烯分散不均，造成石墨烯分散液沉降，使得石墨烯涂覆鋁箔難以控制，影響涂層的效果。
技術實現思路
本專利技術提供一種高性能石墨烯涂覆鋁箔集流體及其制備方法，可有效解決上述問題。本專利技術提供一種石墨烯涂覆鋁箔集流體的制備方法，包括以下步驟：(1)石墨烯分散液的制備：將石墨烯分散在溶劑中，再加入一定量分散劑，打開MicrofluidizerM-110L高壓微射流勻質機，調節壓力為400-10000英鎊/平方英寸PSI，在分散劑乳化的基礎上分散石墨烯材料，得到一次分散液，經靜置后，取上層分散液；(2)石墨烯涂層液的制備：向所述上層分散液中加入重量百分比為0.5-10％的粘結劑高速剪切分散，并調節粘度在300-1500厘泊之間，制備出均勻的復合導電石墨烯涂層液；(3)石墨烯涂覆鋁箔的制備：鋁箔進行表面粗糙化預處理，將所述復合導電石墨烯涂層液涂覆在預處理過的鋁箔材料的表面，在80-120℃溫度下真空烘干，制得石墨烯涂覆鋁箔。作為進一步改進的，在步驟(3)中，通過氫氧化鈉或草酸對鋁箔進行表面粗糙化預處理。作為進一步改進的，在步驟(1)中，所述溶劑為水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一種。作為進一步改進的，在步驟(1)中，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氨酯、聚環氧乙烷醚、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚苯乙烯磺酸鈉、吐溫80中的至少一種。作為進一步改進的，所述MicrofluidizerM-110L高壓微射流勻質機的運行壓力為5000-7000英鎊/平方英寸PSI。作為進一步改進的，在步驟(2)中，所述粘結劑為聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉、SBR、LA123中的至少一種。作為進一步改進的，所述粘結劑的重量百分比為4-6％。作為進一步改進的，在步驟(2)中，調節粘度在700-900厘泊之間，制備出均勻的復合導電石墨烯涂層液。作為進一步改進的，在步驟(3)中，通過刮涂、涂布機涂布、絲網印刷、噴涂、凹版印刷或3D打印將所述復合導電石墨烯涂層液涂覆在預處理過的鋁箔材料的表面。本專利技術還提供一種通過上述方法所獲得的石墨烯涂覆鋁箔集流體，包括鋁箔以及涂覆于所述鋁箔表面上的石墨烯復合層，所述石墨烯復合層的厚度為1-100微米，所述石墨烯復合層包括粘結劑以及石墨烯，石墨烯均勻分散于所述粘結劑中，且石墨烯占所述石墨烯復合層的重量比例為0.5-30％。本專利技術提供的所述石墨烯涂覆鋁箔集流體及其制備方法，具有以下優點：1、本專利技術中所制備的石墨烯涂覆集流體是在鋁箔表面涂覆一層分散性良好的復合導電石墨烯。通過高分散的石墨烯本身片狀結構，增加了顆粒間接觸，使得石墨烯涂層跟集流體接觸緊密，也使得活性材料跟集流體具有良好的粘結性；同時石墨烯高的導電性，在電極中形成到集流體的導電網絡，極大降低了活性材料跟集流體之間接觸電阻，使得所制備的石墨烯涂覆鋁箔能夠有效提升電池的循環壽命和倍率性能。2、本專利技術采用的高壓微噴流技術使石墨烯分散均勻，采用涂布機涂布鋁箔等，制備工藝簡單可控、經濟高效，適合于工業化生產。綜述所述，本專利技術采用高壓微噴流分散技術來解決石墨烯分散難的問題，適合于產業化生產；而制備的石墨烯涂層鋁箔不但具有良好導電性，還具有抗腐蝕特性，可應用于鋰離子電池特別是動力電池提高電池的倍率性能，還可以用于電解電容器、超級電容器等電化學器件的開發，其應用前景廣闊。附圖說明圖1是本專利技術制備石墨烯涂覆鋁箔集流體的流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯涂覆鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)石墨烯分散液的制備：將石墨烯分散在溶劑中，再加入一定量分散劑，打開高壓微射流勻質機，調節壓力為400?10000英鎊/平方英寸PSI，在分散劑乳化的基礎上分散石墨烯材料，得到一次分散液，經靜置后，取上層分散液；(2)石墨烯涂層液的制備：向所述上層分散液中加入重量百分比為0.5?10％的粘結劑高速剪切分散，并調節粘度在300?1500厘泊之間，制備出均勻的復合導電石墨烯涂層液；(3)石墨烯涂覆鋁箔的制備：鋁箔進行表面粗糙化預處理，將所述復合導電石墨烯涂層液涂覆在預處理過的鋁箔材料的表面，在80?120℃溫度下真空烘干，制得石墨烯涂覆鋁箔。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯涂覆鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)石墨烯分散液的制備：將石墨烯分散在溶劑中，再加入一定量分散劑，打開高壓微射流勻質機，調節壓力為400-10000英鎊/平方英寸PSI，在分散劑乳化的基礎上分散石墨烯材料，得到一次分散液，經靜置后，取上層分散液；(2)石墨烯涂層液的制備：向所述上層分散液中加入重量百分比為0.5-10％的粘結劑高速剪切分散，并調節粘度在300-1500厘泊之間，制備出均勻的復合導電石墨烯涂層液；(3)石墨烯涂覆鋁箔的制備：鋁箔進行表面粗糙化預處理，將所述復合導電石墨烯涂層液涂覆在預處理過的鋁箔材料的表面，在80-120℃溫度下真空烘干，制得石墨烯涂覆鋁箔。2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，通過氫氧化鈉或草酸對鋁箔進行表面粗糙化預處理。3.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述溶劑為水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一種。4.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氨酯、聚環氧乙烷醚、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭成信，
申請(專利權)人：彭成信，
類型：發明
國別省市：福建,35