一种正极极片的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种正极极片，包括集流体层和包含有粘接剂、导电剂和正极活性物质的正极材料层，正极材料层涂覆于集流体层，集流体层表面均匀设有摩擦凹点或摩擦条形纹，还包括有助于提高正极材料层导电性的石墨烯层，石墨烯层附着于正极材料层。由于石墨烯材料电阻率较小，其附着于正极材料层，能大大提高正极材料层的导电性能，用正极极片制成的锂离子电池，能有效提高锂离子电池充放电倍率及循环寿命性能。
【专利说明】一种正极极片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锂离子电池领域，特别涉及一种有效提高锂离子电池充放电倍率，循环寿命性能的正极极片。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池由于具有高电压、高能量密度的优势，成为应用范围最广的二次电池之一。便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，作为电源的锂离子电池，其能量密度尤其是体积能量密度不断地提升，以满足日益加剧的需求。
[0003]如自从1997年Padhi等首次报道了 LiFePO4能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，可作为锂离子电池正极材料以来，就引起人们的广泛关注。LiFePO4具有安全、环保、价格低廉、理论比容量高、性能稳定等一系列优点，有可能成为下一代锂离子电池尤其是动力电池的理想正极材料。但是纯LiFePO4的电子电导率极低，从而导致其大电流充放电时容量衰减迅速，高倍率性差，因些提高其导电率是LiFePO4的主要研究方向。
实用新型内容
[0004]为了弥补上述不足，本实用新型的目的在于:提供一种正极极片，其正极材料的导电性良好，且能有效提高锂离子电池充放电倍率及循环寿命性能。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为:一种正极极片，包括集流体层和包含有粘接剂、导电剂和正极活性物质的正极材料层，正极材料层涂覆于集流体层，集流体层表面均匀设有摩擦凹点或摩擦条形纹，还包括有助于提高正极材料层导电性的石墨烯层，所述石墨烯层附着于正极材料层。
[0006]集流体层表面设有摩擦凹槽或摩擦条形纹，通过这种化学或物理的方法对集流体进行表面刻蚀，形成粗糙表面，从而提高集流体与活性材料的附着力，不仅可缓解锂离子电池电极在充放电过程中的体积变化，而且还可改善合金电极的高倍率充放电性能，与光滑铜片集流体电极相比，具有更好的循环性能，能显著提高锂离子电池的使用性能。
[0007]在集流体表面涂覆含导电材料的薄层(如导电炭黑层)，增强活性材料与集流体间的欧姆接触和粘结强度，减小界面电阻。这种方法操作简便、成本低廉、工艺适应性强，是集流体表面改性的重要发展方向。石墨烯具有集高强度、高韧性、高导热性、超大比表面积等优点于一体，因此采用石墨烯涂层改性铝箔，较炭黑涂层有更优异的导电性、导热性及粘附力。
[0008]其中，本石墨烯层的材料为:将碳材料与活化剂加热反应后制成孔径范围较大的多孔石墨烯，这样具有孔洞结构的石墨烯具有较高的比表面积和对溶剂的通透性，该多孔石墨烯的孔径为Inm?lOOnm，孔隙率5-99%，通过这种孔洞结构，石墨烯层能紧密地附着于正极材料层。
[0009]而且，石墨烯是一种二维的单层碳原子结构材料，它具有较高强度、坚硬度，以及电阻率小的特点。通过将石墨烯层附着在正极材料层上，能大大提高正极材料层的导电性能，用本实用新型正极极片制成的锂离子电池，能有效提高锂离子电池充放电倍率及循环寿命性能。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，正极材料层与集流体层之间还附着有石墨烯层。石墨烯电阻率较小，大大的提高正极材料层与集流体层之间的导电性。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，在本实用新型的正极材料层涂覆石墨烯层，所用的正极材料层可以为磷酸亚铁锂层、磷酸锰铁锂层、磷酸钒锂层、钴酸锂层、锰酸锂层、硅酸亚铁锂层或镍酸锂层，经过试验证明，用于磷酸铁锂层效果最好。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，集流体层为铝箔层。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，石墨稀层厚度为3?8 μ m,当石墨稀层厚度闻于8 μ m时，会影响极片的能量密度，当其厚度低于3 μ m时，未能达到最佳的导电效果。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，集流体层厚度为7?15 μ m。
[0015]本实用新型的有益效果在于:由于石墨烯其电阻率小，将其附着在正极材料层上，形成石墨烯层，能大大提高正极材料层的导电性能，用该正极极片制成的锂离子电池，能有效提高锂离子电池充放电倍率及循环寿命性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构示意图。
[0017]图2为本实用新型的另一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清晰明了，结合以下附图，对其进一步详细说明。
[0019]参见图1，一种正极极片，包括集流体层2和包含有粘接剂、导电剂和正极活性物质的正极材料层1，正极材料层I涂覆于集流体层2，集流体层2表面均匀设有摩擦凹点或摩擦条形纹，还包括有助于提高正极材料层I导电性的石墨烯层3，所述的石墨烯层3附着于正极材料层I。
[0020]通过将石墨烯层3附着于极材料层1，能大大提高正极材料层I的导电性能，用该正极极片制成的锂离子电池，能有效提高锂离子电池充放电倍率及循环寿命性能。
[0021]其中，集流体层2表面设有摩擦凹槽或摩擦条形纹，增大了表面接触面积，能使其与正极材料层I或石墨烯层3的连接更紧凑。
[0022]参见图2，这是本实用新型的另一种结构，正极材料层I与集流体层2之间还附着有石墨烯层3。石墨烯电阻率较小，使得正极材料层I与集流体层2之间的导电性更加优越。
[0023]通过化学或物理的方法对集流体进行表面刻蚀，形成粗糙表面，从而使集流体层2表面均匀设有摩擦凹点或摩擦条形纹，能提高集流体与活性材料的附着力，不仅可缓解锂离子电池电极在充放电过程中的体积变化，而且还可改善合金电极的高倍率充放电性能，与光滑铜片集流体电极相比，具有更好的循环性能，能显著提高锂离子电池的使用性能。
[0024]实施例1:将正极活性物质磷酸亚铁锂(LiFePO4)、导电剂导电碳(Super-Ρ)、粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照70: 2: 3: 25的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料。将得到的正极浆料涂布在厚度为9 μ m的铝箔即集流体层2上，干燥，形成正极材料层1，并将石墨烯和粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照82: 3: 15的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到石墨烯浆料，将石墨烯浆料喷涂在正极材料层I上，干燥，形成厚度为7μπι的石墨烯层3，冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到正极极片。
[0025]实施例2:将石墨烯和粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照82: 3: 15的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到石墨烯浆料，喷涂在厚度为12 μ m的铝箔即集流体层2上，干燥，形成厚度为4 μ m的石墨烯层3，再将正极活性物质磷酸亚铁锂(LiFePO4)、导电剂导电碳(Super-P)、粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照70: 2: 3: 25的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料。将得到的正极浆料涂布在石墨烯层3上，干燥，形成正极材料层1，最后在正极材料层I表面，喷涂石墨烯浆料，形成厚度为4 μ m的石墨烯层3，并冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到正极极片。
[0026]实施例3:将石墨烯和粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照82: 3: 15的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到石墨烯浆料，喷涂在厚度为12 μ m的铝箔即集流体层2上，干燥，形成厚度为4 μ m的石墨烯层3，再将正极活性磷酸钒锂[Li3V2 (PO4)3]、导电剂导电碳(Super-P)、粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照70: 2: 3: 25的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料。将得到的正极浆料涂布在石墨烯层3上，干燥，形成正极材料层1，最后在正极材料层I表面，喷涂石墨烯浆料，形成厚度为4 μ m的石墨烯层3，并冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到正极极片。
[0027]实施例4:将正极活性猛酸锂(LiMn2O4)、导电剂导电碳(Super-P)、粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照70: 2: 3: 25的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料。将得到的正极浆料涂布在厚度为7μπι的铝箔即集流体层2上，干燥，形成正极材料层1，并将石墨烯和粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和三氧化二钒(V2O3)按照82: 3: 15的质量比例混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，喷涂在正极材料层I上，干燥，形成厚度为3μπι的石墨烯层3，冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到正极极片。
[0028]根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
【权利要求】
1.一种正极极片，包括集流体层和包含有粘接剂、导电剂和正极活性物质的正极材料层，所述正极材料层涂覆于所述集流体层，所述集流体层表面均匀设有摩擦凹点或摩擦条形纹，其特征在于:还包括有助于提高所述正极材料层导电性的石墨烯层，所述石墨烯层附着于所述正极材料层。
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于:所述正极材料层与所述集流体层之间还附着有石墨烯层。
3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于:所述正极材料层为磷酸亚铁锂层、磷酸锰铁锂层、磷酸钒锂层、钴酸锂层、锰酸锂层、硅酸亚铁锂层或镍酸锂层。
4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于:所述集流体层为铝箔层。
5.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于:所述石墨烯层厚度为31μ m。
6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于:所述集流体层厚度为7?15μπι。
【文档编号】H01M4/70GK203746972SQ201420003158
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】邓小凤, 邓韵 申请人:邓韵, 邓小凤