電流收集層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電流收集層結(jié)構(gòu)，包含金屬箔基層及石墨烯導(dǎo)電層，石墨烯導(dǎo)電層厚度為0.1μm～5μm，且電阻值小于1Ω·cm，石墨烯導(dǎo)電層包含多個石墨烯片，以及高分子黏結(jié)劑，高分子黏結(jié)劑用以將所述石墨烯片粘著于該金屬箔基層之上，并且將所述石墨烯片相互黏接，且該高分子黏結(jié)劑與石墨烯導(dǎo)電層的重量百分比為0.01wt％至10wt％，藉由添加高分子黏結(jié)劑，增加了整體電流收集層結(jié)構(gòu)的附著強度，形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且高分子黏著劑與電化學(xué)元件內(nèi)活性物質(zhì)的黏結(jié)劑兼容，使電化學(xué)元件的活性物質(zhì)與石墨烯導(dǎo)電層緊密結(jié)合，將兩者的接觸電阻降至最低，進而大幅提升電化學(xué)元件性能。
【專利說明】電流收集層結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電流收集層結(jié)構(gòu)，尤其是包含石墨烯導(dǎo)電層。

【背景技術(shù)】
[0002] 單層石墨，又稱為石墨烯（graphene)，是一種由單層碳原子以石墨鍵（sp2)緊密 堆積成二維蜂窩狀的晶格結(jié)構(gòu)，因此僅有一個碳原子的厚度，石墨鍵為共價鍵與金屬鍵的 復(fù)合鍵，可說是絕緣體與導(dǎo)電體的天作之合。2004年英國曼徹斯特大學(xué)AndreGeim與 KonstantinNovoselov成功利用膠帶剝離石墨的方式，證實可得到單層的石墨烯，并獲得 2010年的諾貝爾物理獎。
[0003] 石墨烯是目前世界上最薄也是最堅硬的材料，導(dǎo)熱系數(shù)高于納米碳管與金剛石， 常溫下其電子遷移率亦比納米碳管或硅晶體高，電阻率比銅或銀更低，是目前世界上電阻 率最小的材料，這些獨特的電荷機械性質(zhì)使得加入石墨烯的復(fù)合材料更多功能化，不但表 現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)及電學(xué)性能，還具有優(yōu)良的加工性能，為復(fù)合材料提供了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng) 域。但是結(jié)構(gòu)完整的石墨烯是由不含任何不穩(wěn)定鍵的苯六元環(huán)組合而成的二維晶體，化學(xué) 穩(wěn)定性高，其表面呈惰性狀態(tài)，與其它介質(zhì)（如溶劑等）相互作用較弱，且石墨烯的片與片 之間存在較強的范德華力，容易產(chǎn)生團聚，使其難溶于水以及其它常用的有機溶劑，更難與 其它材料摻混形成復(fù)合材料，因而大大限制了石墨烯的進一步研究與應(yīng)用，過去多以其它 石墨類或碳類材料作為復(fù)合材料應(yīng)用。
[0004] 美國專利US20120237782揭露一種碳涂布層鋁箔片的制備方法，將碳原子以電漿 的方式沉積于金屬鋁箔之上，此碳涂布層使得鋁箔片的機械顯著的增加，另外用于電容器 上，電子導(dǎo)電度以及功率密度有所改善。
[0005] 美國專利US20130171517揭露一種石墨烯涂布層于金屬箔片的制備方法，將1? 10層厚的石磨烯分散于具有揮發(fā)性的溶劑中，如：有機溶劑或水，形成〇. 〇5wt%?5wt%的 石墨烯漿料，其石墨烯薄膜以含浸方式涂布于金屬箔片上，其涂布厚度為0. 8μm?5μm， 再放置室溫或加熱方式干燥此石墨烯電流收集層。由于石墨材料與金屬材料先天差異極 大，親合性不佳，因此石墨烯對于金屬箔片的附著性較差，兩者的界面反而會形成電阻層， 再者以含浸方式制備其石墨烯電流收集層，對于涂布的厚度，其均一性較難調(diào)控。因此，此 專利在制備石墨烯涂布層金屬箔片上，其具有實行的困難性。
[0006] 因此，應(yīng)用石墨烯特有的導(dǎo)電性能來取代一般的碳涂布層，進而應(yīng)用于現(xiàn)有的電 化學(xué)產(chǎn)品上，實質(zhì)上需要解決的問題在于各材料之間的親合與接著特性，才能發(fā)揮石墨烯 預(yù)期的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種電流收集層結(jié)構(gòu)，該電流收集層結(jié)構(gòu)包含金屬箔 基層及石墨烯導(dǎo)電層，石墨烯導(dǎo)電層厚度為2μm?5μm，且電阻值小于1Ω^cm;石墨烯導(dǎo) 電層包含多個石墨烯片，以及一高分子黏結(jié)劑，該高分子黏結(jié)劑用以將所述石墨烯片粘著 于該金屬箔基層之上，并且將所述石墨烯片相互黏接，且該高分子黏結(jié)劑占石墨烯導(dǎo)電層 的重量百分比0·OIwt%至IOwt%。
[0008] 本發(fā)明藉由高分子黏結(jié)劑的添加，使石墨烯片與金屬箔片之間連接，并增加石墨 烯片堆棧區(qū)塊間的連接，增加了整體電流收集層結(jié)構(gòu)的附著強度，形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且 該高分子黏著劑與電化學(xué)元件內(nèi)活性物質(zhì)的黏結(jié)劑完全兼容，使電化學(xué)元件的活性物質(zhì)與 石墨烯導(dǎo)電層緊密結(jié)合，將兩者的接觸電阻降至最低，大幅提升電化學(xué)元件性能，從而能將 本發(fā)明的電流收集層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于各種電池、電容器中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的電流收集層結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0010] 其中，附圖標(biāo)記說明如下：
[0011] 1電流收集層結(jié)構(gòu)
[0012] 10金屬箔基層
[0013] 20石墨烯導(dǎo)電層

【具體實施方式】
[0014] 以下配合圖式及元件符號對本發(fā)明的實施方式做更詳細(xì)的說明，以令本領(lǐng)域技術(shù) 人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0015] 參閱圖1，為本發(fā)明電流收集層結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的電流 收集層結(jié)構(gòu)1包含一金屬箔基層10及一石墨烯導(dǎo)電層20,該金屬箔基層選自鋁箔、銅箔、 鈦箔、鎳箔中的任一種。石墨烯導(dǎo)電層20設(shè)置在該金屬箔基層10的至少一表面上，厚度 為0.Ιμπι?5μm，且電阻值小于1Ω·cm;石墨烯導(dǎo)電層20包含多個石墨烯片，以及一高 分子黏結(jié)劑，該高分子黏結(jié)劑用以將所述石墨烯片粘著于該金屬箔基層10之上，并且將所 述石墨烯片相互黏接，且該高分子黏結(jié)劑與石墨烯導(dǎo)電層20的重量百分比為0.Olwt%至 IOwt%。
[0016]該石墨烯片呈片狀，厚度為Inm?50nm，且平面橫向尺寸為1μm?50μm。該高分 子黏結(jié)劑選自聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙烯酯、聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰 胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四甘醇二丙烯酸 酯、聚酰亞胺、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、 氰乙基聚乙烯醇及羧甲基纖維素的至少其中之一，且該高分子黏結(jié)劑與電池的電解液接觸 后，形成為膠態(tài)。
[0017] 以下以實際的實驗示例，來說明本發(fā)明電流收集層結(jié)構(gòu)的制作方法。首先，將石 墨烯片放入N-甲基批咯燒酮（N-methylpyrrolidinone，NMP)溶劑中，再加入聚偏氟乙烯 (Polyvinylidenefluoride,PVDF)作為高分子黏結(jié)劑，接著球磨數(shù)小時，而制成石墨烯的 漿料。再將石墨烯漿料噴涂于以鋁箔做成的金屬箔基層，并烘干充分使N-甲基吡咯烷酮 (NMP)溶劑揮發(fā)后，形成石墨烯導(dǎo)電層，而完成電流收集層結(jié)構(gòu)，再以四點探針量測電阻值。
[0018] 以下實驗示例1一5的差異在于石墨烯電流收集層中添加聚偏氟乙烯的量不同， 以及該石墨烯導(dǎo)電層的噴涂厚度的不同，其實驗結(jié)果如表1所示。
[0019]表1
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含： 一金屬箔基層；以及 一石墨烯導(dǎo)電層，設(shè)置在該金屬箔基層的至少一表面上，且該石墨烯導(dǎo)電層包含多個 石墨烯片，以及一高分子黏結(jié)劑，該高分子黏結(jié)劑用以將所述石墨烯片粘著于該金屬箔基 層上，并且將所述石墨烯片相互黏接，其中所述石墨烯片呈片狀，厚度為lnm?50nm，且平 面橫向尺寸為1 y m?50 y m。
2. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬箔基層選自鋁箔、銅箔、 鈦箔以及鎳箔的至少其中之一。
3. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該高分子黏結(jié)劑選自選自聚偏 氟乙烯、聚對苯二甲酸乙烯酯、聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四甘醇二丙烯酸酯、聚酰亞胺、醋酸 纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、氰乙基聚乙烯醇及 羧甲基纖維素的至少其中之一。
4. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該高分子黏結(jié)劑與該石墨烯導(dǎo) 電層的重量比為〇? oiwt%至10wt%之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該石墨烯導(dǎo)電層的厚度介于 0? 1 ii m ?5 y m 之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該石墨烯導(dǎo)電層的電阻值小于 1 Q ? cm〇
7. 如權(quán)利要求1所述的電流收集層結(jié)構(gòu)，其特征在于，該石墨烯導(dǎo)電層對于該金屬箔 片附著強度京百格試驗的結(jié)果大于或等于4B。
【文檔編號】H01B1/04GK104425051SQ201310489220
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】吳以舜, 謝承佑, 鄭叡駿, 謝淑玲, 陳靜茹 申請人:安炬科技股份有限公司