一種電化學陽極電極、包含該陽極電極的儲能器件及其制備方法技術

本發明專利技術屬于儲能技術領域，特別涉及一種電化學儲能器件陽極：該陽極極片包括陽極涂層和基材，所述陽極涂層包括陽極活性物質、粘接劑和導電劑，所述活性物質的直徑為a，所述導電劑至少含有石墨烯；其特征在于,所述石墨烯為多孔石墨烯，孔間距為b，且b≤10a。這種結構的電化學儲能器件陽極，由于使用了多孔石墨烯作為導電劑，在垂直于石墨烯平面方向對離子的擴散阻力較小，因此具有更加優異的電化學性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于儲能
，特別涉及一種電化學陽極電極、包含該陽極電極的儲 能器件及其制備方法。
技術介紹
自從1991年，碳材料創造性的運用于鋰離子電池領域，并帶來該領域革命性的變 化一一高效而安全的進行多次充放電后，其便被廣泛的運用于移動電話、攝像機、筆記本電 腦以及其他便攜式電器上。與傳統的鉛酸、Ni-Cd、MH-Ni電池相比，鋰離子電池具有更高的 比體積能量密度、比重量能量密度、更好的環境友好性、更小的自放電以及更長的循環壽命 等，是二十一世紀理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。 然而隨著生活品味的提高，人們對移動用電器提出了更高的體驗需求：更輕、更 薄、更小、更持久、更安全便是這些體驗具有代表性的幾個方面，而更持久又是其中最重要 的體驗之一。這就對儲電器（電池）提出了更高的能量密度需求，而選擇性能更加優良的 導電劑制備電池，能夠顯著的提高電池的性能。 2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈?K?海姆（AndreK.Geim)等采用機械剝離 法首次制備得到石墨烯（Graphene)，由此拉開了該材料制備、運用研宄的序幕。所謂石墨 烯，是指碳原子之間呈六角環形排列的一種片狀體，通常由單層或多層石墨片層構成，可在 二維空間無限延伸，可以說是嚴格意義上的二維結構材料。其具有比表面積大、導電導熱 性能優良、熱膨脹系數低等突出優點：具體而言，高的比表面積（理論計算值：2630m2/g); 高導電性、載流子傳輸率（200000cm2/V*s);高熱導率（5000W/mK);高強度，高楊氏模量 (llOOGPa)，斷裂強度（125GPa)。因此其在儲能領域、熱傳導領域以及高強材料領域具有極 大的運用前景。 具體來說，由于石墨烯具有優異的導電性能，且本身的質量極輕，因此能夠有效的 降低導電劑用量，增加電極中活性物質的含量，提高電池的能量密度；同時還能降低電池的 內阻，提高電池的放電電壓，減少充放電過程中的產熱；因此石墨烯是鋰離子電池導電劑的 理想選擇之一。然而，石墨烯本身的二維結構，極大的限制了鋰離子在垂直于石墨烯片場方 向上的擴散，從而限制了石墨烯作為鋰離子電池導電劑性能的發揮。 有鑒于此，確有必要開發一種新的石墨烯材料，其結構不會阻礙離子在垂直于石 墨烯片層方向上的傳輸。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：針對現有技術的不足，而提供的一種電化學陽極電極：該陽 極極片包括陽極涂層和基材，所述陽極涂層包括陽極活性物質、粘接劑和導電劑，所述活性 物質的平均直徑為a，所述導電劑至少含有石墨烯；所述石墨烯為多孔石墨烯，平均孔間距 為b，且10a。這種結構的電化學儲能器件陽極，由于使用了多孔石墨烯作為導電劑，在 垂直于石墨烯平面方向對離子的擴散阻力較小，因此具有更加優異的電化學性能。 為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案： -種電化學陽極電極，包括基材和設置于所述基材上的陽極涂層，所述陽極涂層 包括陽極活性物質、粘接劑和導電劑，所述陽極活性物質的平均直徑為a，所述導電劑至少 含有石墨烯；其特征在于，所述石墨烯為多孔石墨烯，并且相鄰的孔之間的平均距離（平均 孔間距）為b，且10a。所述相鄰的孔之間的平均距離是指相鄰兩孔邊緣之間的平均距 離，簡稱為平均孔間距。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，當所述石墨烯片層的平面等效直徑 D< 10a時，所述石墨稀可以為無孔石墨稀；所述石墨稀片層平面等效直徑是指將石墨稀片 層平面面積換算成一個圓面積時，所述圓的直徑。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，所述陽極活性物質為碳類材料、合金類 材料、金屬氧化物系列材料、金屬氮化物材料和碳化合物中的至少一種；所述導電劑還可以 含有導電炭黑、超級導電碳、碳納米管、導電碳纖維和科琴黑中的至少一種。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，所述多孔石墨烯的厚度小于或等于 350nm，并且所述多孔石墨烯的片層平面等效直徑D大于或等于5nm;所述石墨烯的質量占 所述陽極涂層總質量的〇. 05%~10%。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，所述多孔石墨烯的孔的平均直徑d<a; 孔的形狀為圓形、正方形、三角形、橢圓形或多邊形。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，所述多孔石墨烯的孔的直徑d< 0.la， 所述多孔石墨烯的孔的形狀相同、面積相等，且相鄰的孔之間的距離相等。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，所述多孔石墨烯的相鄰的孔之間的平均 距離b< 2a。 作為本專利技術電化學陽極電極的一種改進，5nm<a< 500um。 -種電化學儲能器件，包括本專利技術所述的陽極電極，所述電化學儲能器件為鉛酸 電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、鋅離子電池和超級電容器中的任意一 種。 本專利技術還包括一種本專利技術所述的電化學儲能器件的制備方法，主要包括如下步 驟： 步驟1，陽極極片的制備：將平均直徑為a的陽極活性物質、至少含有多孔石墨烯 的導電劑、粘接劑以及溶劑混合均勻（所述陽極活性物質為石墨、硅、硅碳復合材料、鈦酸 鋰等；導電劑位導電炭黑、超級導電碳、碳納米管、科琴黑、無孔石墨烯等；粘接劑包括聚偏 氟乙烯、丁苯橡膠、十二烷基苯磺酸鈉等；溶劑為水、氮甲基吡洛烷酮等），制得得到陽極漿 料，之后涂敷在基材上，冷壓、分條、焊接后得到陽極極片，其中，所述多孔石墨烯的相鄰的 孔之間的平均距離為b，且b彡10a; 步驟2,成品電芯的制備：將步驟1制備得到的陽極極片與陰極極片、隔離膜組裝 得到裸電芯，之后入殼/入袋、干燥、注液、靜置、化成、整形后得到成品電芯。 本專利技術的有益效果在于：與傳統的電極不同，本專利技術嚴格規定了作為導電劑的多 孔石墨烯片層的孔大小及孔間距，即作為導電劑，其孔大小不超過活性物質顆粒、孔間距不 超過活性物質顆粒尺寸的10倍，這樣制備出來的電芯具有更好的大倍率充放電性能。因 為，具有這種結構的石墨烯導電劑，可以有效的避免在充放電過程中其對鋰離子擴散的阻 礙作用。【具體實施方式】 下面結合【具體實施方式】對本專利技術及其有益效果進行詳細說明，但本專利技術的實施方 式不限于此。 比較例1，陽極極片的制備：選擇平均粒徑為lum的石墨為活性物質，之后按照石 墨：羧甲基纖維素鈉：丁苯橡膠：導電炭黑（200nm) = 94. 7:1:2. 3:2的質量關系稱量，加 入去離子水中攪拌得到陽極漿料，涂敷在銅集流體上，再經過冷壓、分條、焊接、貼膠等工序 后得到陽極極片備用。 電池組裝：選擇鈷酸鋰為陰極活性物質，按照陰極容量：陽極容量=100:112的容 量關系設計電池。按照上述容量關系配置陰極漿料及控制涂敷質量，之后冷壓、分條、焊接、 貼膠后得到陰極極片。將得到的陰極極片、陽極極片與隔離膜卷繞得到裸電芯，選擇鋁塑膜 為包裝袋進行頂封、側封，之后干燥、注液、靜置、化成、整形、除氣得到成品鋰離子電池。 比較例2,與比較例1不同的是，本比較例包括如下步驟： 陽極極片的制備：選擇平均粒徑為lum的石墨為活性物質，片層的平面等效直徑 為100um的無孔洞石墨烯（厚度為3nm)為導電劑；之后按照石墨：羧甲基纖維素鈉：丁苯 橡膠：石墨烯=96. 2:1:2. 3:0. 5的質量關系稱量，加入去離子水中攪拌得到陽極漿料，涂 敷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學陽極電極，包括基材和設置于所述基材上的陽極涂層，所述陽極涂層包括陽極活性物質、粘接劑和導電劑，所述陽極活性物質的平均直徑為a，所述導電劑至少含有石墨烯；其特征在于，所述石墨烯為多孔石墨烯，并且相鄰的孔之間的平均距離為b，且b≤10a。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊玉潔，
申請(專利權)人：廣東燭光新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44