CN106450058A - 一种防爆石墨烯电池 - Google Patents

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CN106450058A CN201611146208.XA CN201611146208A CN106450058A CN 106450058 A CN106450058 A CN 106450058A CN 201611146208 A CN201611146208 A CN 201611146208A CN 106450058 A CN106450058 A CN 106450058A
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朱召英
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Abstract

本发明提供了一种防爆石墨烯电池，其包括壳体与电芯；所述壳体内部设有腔体，所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体，所述条体具有形变部，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔；所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳与负极耳；所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变，所述电芯具有正电极与负电极，所述正电极与所述正极耳连接，所述负电极与所述负极耳连接；所述正电极具有正电极片，所述正电极片上设置石墨烯材料。采用上述方案，本发明提供了具有一定防爆效果的防爆石墨烯电池，并且通过优化设计壳体，电芯在安装时条体的形变部发生形变，使得电芯更容易安装，且固定效果更好。

Description

一种防爆石墨烯电池
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及的是，一种防爆石墨烯电池。
背景技术
锂电池是采用了金属锂或其化合物的电池，在电池的正极、负极或电解质中采用了金属锂或其化合物，具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；锂电池通常包括锂金属电池和锂离子电池两大类。随着微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。
石墨烯（Graphene）是一种纳米数量级的材料，具有高强度、高弹性和高导电性等性质，石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，呈六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，同等条件下断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎完全透明只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
但是，如何更好地利用石墨烯结合应用于锂电池，是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新的防爆石墨烯电池。
本发明的技术方案如下：一种防爆石墨烯电池，其包括壳体与电芯；所述壳体内部设有腔体，所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体，所述条体具有形变部，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔；所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳与负极耳；所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变，所述电芯具有正电极与负电极，所述正电极与所述正极耳连接，所述负电极与所述负极耳连接；所述正电极具有正电极片，所述正电极片上设置石墨烯材料。
优选的，所述通孔的孔径小于100纳米。
优选的，所述通孔的孔径小于50纳米。
优选的，所述通孔的孔径小于10纳米。
优选的，所述壳体包括外壳与内壳，所述外壳设置若干所述通孔。
优选的，所述内壳具有网孔结构，所述网孔结构的孔径大于所述通孔的孔径。
优选的，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的2倍。
优选的，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的7倍。
优选的，所述内壳的强度大于所述外壳的强度。
优选的，所述内壳与所述外壳之间还设有阻燃层。
采用上述方案，本发明提供了具有一定防爆效果的防爆石墨烯电池，并且通过优化设计壳体，电芯在安装时条体的形变部发生形变，使得电芯更容易安装，且固定效果更好。
附图说明
图1是本发明一实施例的外形结构示意图。
图2是本发明又一实施例的内部结构示意图。
图3是本发明又一实施例的壳体的壁部的内部结构示意图。
图4是本发明又一实施例的壳体的条体的结构示意图。
图5是本发明又一实施例的壳体的条体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，下面的实施例可以组合使用，并且，本发明可利用各种形式来实现，不限于本说明书所描述各个具体的实施例，提供这些实施例的目的是对本发明的公开内容更加透彻全面地便于理解。进一步需要说明的是，当某一结构固定于另一个结构，包括将该结构直接或间接固定于该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构固定于该另一个结构。当一个结构连接另一个结构，包括将该结构直接或间接连接到该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构连接到该另一个结构。并且，所述的“和/或”包括了“和”与“或”两种可能的实施例。
本发明的一个例子是，一种防爆石墨烯电池，其包括壳体与电芯；所述壳体内部设有腔体，所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体，所述条体具有形变部，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔；所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳与负极耳；所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变，所述电芯具有正电极与负电极，所述正电极与所述正极耳连接，所述负电极与所述负极耳连接；所述正电极具有正电极片，所述正电极片上设置石墨烯材料。采用上述方案，本发明提供了具有一定防爆效果的防爆石墨烯电池，并且通过优化设计壳体，电芯在安装时条体的形变部发生形变，使得电芯更容易安装，且固定效果更好。例如，如图1与图2所示，一种防爆石墨烯电池，其包括壳体100与电芯200；所述壳体内部设有腔体，如图3所示，所述壳体的壁部110向所述腔体凸设有若干条体111，所述条体具有形变部112，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔114；所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳310与负极耳320；所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变，所述电芯具有正电极210与负电极220，所述正电极210与所述正极耳310连接，所述负电极220与所述负极耳320连接；所述正电极210具有正电极片211，所述负电极220具有负电极片221，所述正电极210的所述正电极片211与所述正极耳310连接，所述负电极220的所述负电极片221与所述负极耳320连接。如图4所示，所述形变部112具有波浪形状，或者如图5所示，所述条体上开设有若干空位113。
例如，一种防爆石墨烯电池，其包括壳体与电芯。其中，所述电芯即锂电芯，例如，所述电芯具有锂金属或锂化合物；电芯设置于壳体内部，被壳体包覆；例如，所述壳体密封或非密封所述电芯。例如，所述壳体内部设有腔体，所述电芯容置于所述腔体，即，所述电芯容置于所述腔体内部，亦可理解为，所述电芯容置于所述壳体内部。
所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体，所述条体具有形变部；所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变；例如，所述条体具有弹性材质，例如橡胶条，用于在受力时整体作为所述形变部发生形变；又如，所述条体上开设有若干空位，所述条体用于在受力时整体作为所述形变部在各所述空位处发生形变；例如，所述条体为波浪形状，又如，所述条体为锯齿形状。这样，所述电芯容置于所述腔体，并在所述电芯容置于所述腔体时，所述电芯与至少一所述条体相接触，以使所述条体的所述形变部发生形变，例如在各所述空位处发生形变并挤压各所述空位，从而能够在一定程度上固定所述电芯，在使用中提供一定的缓冲力，替代了现有的刚性接触，降低了可能的碰撞力，提升了防爆石墨烯电池使用的安全性。
其中，所述壳体上穿设有极耳，极耳包括正极耳与负极耳，或者，可以理解为，所述壳体上穿设有两个极耳，两个极耳包括正极耳与负极耳；例如，所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳与负极耳；即极耳包括所述正极耳与所述负极耳，是防爆石墨烯电池产品的结构之一，用于从电芯中将正负极引出来，例如手机电池，蓝牙电池，笔记本电池等都需要用到极耳。电池是分正负极的，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，可理解为电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。这个接触点包括电池的壳体外表的铜片或接电片，还包括电池内部的连接体。例如，极耳设置金属材料，又如，极耳设置金属材料与胶片，例如，金属材料为金属带或金属片，其中，胶片是极耳上绝缘的部分，它的作用是电池或电芯封装时防止极耳的金属材料与电池或电芯铝的其他金属例如铝塑膜之间发生短路，优选的，电池或电芯封装时胶片通过加热与铝塑膜热熔密封粘合在一起防止漏液。例如，一个极耳是由两片胶片把金属带或金属片夹在中间。例如，所述极耳设置所述壳体内部的本体，以及从所述本体延伸外露于所述壳体的外表面的接触部，所述接触部用于与外部的用电设备或电路相接触。
为了保护极耳，例如，所述壳体上设置垫片和保护板，所述垫片具有卡合槽，所述保护板具有与所述卡合槽相匹配的卡合结构，所述极耳穿设所述壳体及其所述垫片，且所述极耳位于所述壳体外部的部分容置于所述卡合槽中，所述保护板的所述卡合结构与所述卡合槽相卡合，以使所述保护板处于未被拆卸状态时，所述极耳被所述垫片与所述保护板所保护，在使用时，只需轻轻施力即可克服所述卡合的阻力，拆卸所述保护板；所述保护板可以回收再利用。又如，所述保护板设置两个级联端子，分别用于与其它保护板的级联端子相连接，这样，各所述保护板相互连在一起，易于拆除；在发货时，优选的，各所述保护板一体设置。例如，保护板为塑料板。为便于使用极耳，提升接触力，例如，所述卡合槽中设有小弹块，所述小弹块对所述极耳施加外向微弹力，在所述保护板被拆除时，使得所述极耳发生轻微远离电极的位移。
为了适应不同最终产品的需求，极耳可以设计不同的形状；例如，所述正极耳与所述负极耳均包括矩形片状结构；或者，所述正极耳与所述负极耳均包括圆形片状结构；或者，所述正极耳与所述负极耳均包括半球形凸起结构；或者，所述正极耳与所述负极耳均包括圆柱形凸起结构。片状结构或凸起结构能够提升极耳在不同产品的不同接触要求的应用效果。例如，所述正极耳的所述接触部与所述负极耳的所述接触部均包括矩形片状结构、圆形片状结构、半球形凸起结构或圆柱形凸起结构。优选的，所述接触部，包括所述正极耳的所述接触部与所述负极耳的所述接触部，设置有弹性形变位置，所述接触部的所述弹性形变位置用于在所述接触部与外部的用电设备或电路相接触时发生形变，以使接触效果更牢靠。优选的，所述弹性形变位置包括凹槽、波浪形状或者锯齿形状，这样，在所述接触部与外部的用电设备或电路相接触时，所述弹性形变位置发生形变，在所述接触部与外部的用电设备或电路相分离时，所述弹性形变位置复原，从而增强了接触效果，且可以保证极耳的正常使用，延长其使用寿命。
例如，所述正极耳包括铝材料；例如，所述正极耳包括金属铝和/或铝化合物；和/或，所述负极耳包括镍材料；例如，所述正极耳包括金属镍和/或镍化合物。例如，所述负极耳包括基底镀镍材料；例如，基底采用铜材料或铝材料或不锈钢材料。例如，所述负极耳包括铜镀镍材料。优选的，所述负极耳包括铜镀镍再镀锡材料。例如，采用铜材料作为基底，在所述基底一侧的一端部先镀覆一层镍镀层，在所述镍镀层上再镀覆一层锡镀层，例如，铜材料为铜片或铜带。优选的，所述负极耳包括铜片镀镍再镀锡材料。例如，所述镍镀层厚度为0.5微米至2微米；又如，所述锡镀层的厚度为 3微米至10微米。
为了提升传导效果，优选的，所述极耳的所述本体的外表面还设置石墨烯网格层，例如，所述石墨烯网格层包括一层、两层或多层石墨烯，这样，可以极大提升所述极耳与电极的传导关系，避免内部损耗。
其中，所述电芯具有正电极与负电极，所述正电极与所述正极耳连接，所述负电极与所述负极耳连接；即，所述电芯具有电极，所述电极包括正电极与负电极。例如，所述正电极设置石墨烯材料；和/或，所述负电极设置石墨材料。或者，所述负电极设置石墨烯材料。又如，所述正电极还设置碳纳米管材料，所述碳纳米管材料包括有碳纳米管；例如，所述正电极还设置一层碳纳米管材料。又如，所述碳纳米管材料与所述石墨烯材料的质量比例为1:1，这样，有利于提升防爆石墨烯电池的容量倍率和低温性能。
例如，所述正电极具有正电极片；例如，所述正电极的所述正电极片与所述正极耳连接；优选的，所述正电极片具有长条形片体结构；例如，所述正电极片具有超多孔长条形片体结构；优选的，所述正电极片具有长条形片体结构，且所述长条形片体结构具有框架结构，类似于脚手架或者网格，所述框架结构中设有大量互通微孔结构，以便于下面各实施例的掺杂材料，其中，所述超多或所述大量为超过百万乃至千万，例如所述框架结构中设有超过108个互通微孔结构；掺杂材料包括石墨烯材料等，具体如下面的实施例所述，在此从略；这样的结构设计，可以极大提升防爆石墨烯电池的能量密度及电子与离子传导能力。例如，所述长条形片体结构为长方体，长方体的长度与宽度的比例大于10；优选的，长方体的长度与高度的比例大于10。又如，所述正电极或所述正电极片延伸穿设所述壳体作为所述正极耳，即所述正电极或所述正电极片与所述正极耳一体设置。
例如，所述正电极片上设置石墨烯材料，其中，所述石墨烯材料中包括石墨烯，例如厚度为1至10层的石墨烯；石墨烯是由单层碳原子构成的六角形蜂巢晶格的平面二维材料，理论厚度仅为0.34纳米，具有极好的结构特性，特别适合作为防爆石墨烯电池的材料使用；通常的，防爆石墨烯电池的充放电过程，可以理解为阳离子在正负电极中的进入或脱离，因此在本发明各实施例中，通过对正电极或其正电极片、负电极或其负电极片的设计，例如，电极包括正电极与负电极，电极片包括正电极片与负电极片，使得电极或其电极片中的容置阳离子的孔隙增加、易于脱出，从而提升防爆石墨烯电池充放电的速度，其中，石墨烯的孔隙约为90至320纳米左右。经测试，包括上述技术特征的各实施例，在满足5C（单位时间通过导体横截面的电荷量，1A等于1C/s）条件下，15分钟内可充满5000mAh，并实现快速充放电，而且可在-30~80℃环境下工作，循环寿命更高达3500次左右。
为了提高正极材料的电化学性能，例如，所述石墨烯材料为纳米级掺杂石墨烯材料，所述纳米级掺杂石墨烯材料的石墨烯中掺杂至少一种纳米级金属或纳米级金属化合物；其中，纳米级金属或纳米级金属化合物的最大长度或最大粒径小于30至50纳米；优选的，所述石墨烯材料中还掺杂纳米级氧化钒，例如，纳米级氧化钒为纳米级二氧化钒或纳米级五氧化二钒；例如，纳米级氧化钒为最大长度或最大粒径小于30至50纳米；又如，纳米级氧化钒与石墨烯的质量比例为5%至10%，优选为6%至8%，例如纳米级氧化钒与石墨烯的质量比例为7%。通过掺杂纳米级氧化钒对石墨烯进行改性处理，可以极大提升充电效率，实现“闪充”效果，20000mAh乃至更高容量的防爆石墨烯电池的充电时间可以控制在1分钟之内，10000mAh的防爆石墨烯电池的充电时间在实验室的充电时间小于20秒。优选的，所述石墨烯材料中还掺杂纳米级二氧化钌，纳米级二氧化钌与石墨烯的质量比例为0.5%至1.5%，优选为1%至1.2%，例如纳米级二氧化钌与石墨烯的质量比例为1.1%。纳米级二氧化钌化学性质稳定，配合纳米级氧化钒，还有一定的催化作用，有助于提升石墨烯的孔隙进出效率，从而提升充电效率；经充电前后试验对比，所述纳米级掺杂石墨烯材料在充电后基本上没有发现过氧化锂离子，所述纳米级掺杂石墨烯材料在放电后，石墨烯孔隙中存在基本满载的过氧化锂离子。优选的，所述石墨烯材料中还掺杂氮原子，即氮掺杂石墨烯，这样有利于在石墨烯表面诱导形成高的局域电荷及自旋密度，从而提高其化学活性，但是大量的氮原子掺杂到石墨烯晶格里，则会降低其结构稳定性，因此氮的含量不宜过高，优选的，氮与石墨烯的质量比例为0.05%至0.6%；优选为0.1%至0.2%；例如氮与石墨烯的质量比例为0.15%。
例如，所述正电极片上设置石墨烯材料，所述石墨烯材料中包括第一石墨烯层，又如，所述正电极片上设置第一石墨烯层。优选的，所述第一石墨烯层为一层石墨烯；或者，所述第一石墨烯层为两层石墨烯。优选的，所述第一石墨烯层包括一层石墨烯或两层石墨烯，并且，每层石墨烯为纳米级掺杂石墨烯材料，即，每层石墨烯为一层纳米级掺杂石墨烯材料，亦可理解为每层石墨烯为一纳米级掺杂石墨烯材料层；优选的，所述正电极片具有磷酸铁锂片体，例如，所述磷酸铁锂片体具有长条形片体结构，其他实施例以此类推；又如，所述磷酸铁锂片体上设置所述石墨烯材料和/或所述第一石墨烯层，其他实施例以此类推；又如，所述石墨烯材料至少部分覆盖所述磷酸铁锂片体。优选的，所述石墨烯材料全部覆盖所述磷酸铁锂片体。又如，所述正电极片具有锂镍钴锰片体，所述石墨烯材料至少部分覆盖所述磷酸铁锂片体。优选的，所述石墨烯材料全部覆盖所述锂镍钴锰片体。又如，所述正电极片具有钴酸锂片体，所述石墨烯材料至少部分覆盖所述磷酸铁锂片体。优选的，所述石墨烯材料全部覆盖所述钴酸锂片体。又如，所述正电极片具有锰酸锂片体，所述石墨烯材料至少部分覆盖所述磷酸铁锂片体。优选的，所述石墨烯材料全部覆盖所述锰酸锂片体。
例如，所述负电极具有负电极片，例如，所述负电极的所述负电极片与所述负极耳连接。又如，所述负电极或所述负电极片延伸穿设所述壳体作为所述负极耳，即所述负电极或所述负电极片与所述负极耳一体设置。优选的，所述负电极片具有长条形片体结构，且所述长条形片体结构具有框架结构，类似于脚手架或者网格，所述框架结构中设有大量互通微孔结构，以便于下面各实施例的掺杂材料，其中，所述大量为超过百万乃至千万，例如所述框架结构中设有超过108个互通微孔结构；掺杂材料包括石墨烯材料等，具体如下面的实施例所述，在此从略。例如，所述负电极片具有Li2.6Co0.4N，其中，Li2.6Co0.4N为层状结构，Li2N形成层面锂嵌入在层间，Co替代部分锂稳定结构，这种结构具有非常高的嵌锂容量，较好的循环性能，较合理的嵌锂电位，平均嵌锂电位约为0.3V；为了提升充放电效率，优选的，所述负电极片还具有Sn基复合物，例如Sn基复合氧化物或Sn基复合氮化物，例如，Sn基复合物与Li2.6Co0.4N的质量比例为5%至20%。采用Sn基复合物与Li2.6Co0.4N的复合电极材料具备较好的电性能，第一周充放电效率可达100%。优选的，所述负电极片具有Li4Ti5O12（尖晶石结构钛酸锂），尖晶石结构钛酸锂在锂离子嵌入、脱出过程中结构几乎没有变化，具有较好的安全性和优异的循环性能。例如，Li4Ti5O12为纳米级Li4Ti5O12。优选的，所述负电极片具有碳包裹或石墨包裹的纳米级Li4Ti5O12。优选的，所述负电极片具有Li2.6Co0.4N与Li4Ti5O12，两者的质量比例为1:（4~6），其中，Li2.6Co0.4N为纳米级Li2.6Co0.4N，Li4Ti5O12为碳包裹或石墨包裹的纳米级Li4Ti5O12。例如，Li2.6Co0.4N与Li4Ti5O12，两者的质量比例为1:5。优选的，所述负电极片具有Li2.6Co0.4N与Li4Ti5O12，两者的质量比例为1:（4~6），其中，Li2.6Co0.4N为纳米级Li2.6Co0.4N，Li4Ti5O12为石墨烯包裹的纳米级Li4Ti5O12。进一步的，所述负电极片具有石墨烯包裹的纳米级Li2.6Co0.4N与纳米级Li4Ti5O12，两者的质量比例为1:（4~6）。这样，可以显著提高防爆石墨烯电池的比容量、高倍率性能和循环稳定性。
例如，所述负电极片上设置石墨材料。例如，所述石墨材料包括天然石墨或人工石墨；石墨为层状结构，由碳网平面堆积而成，层间距约为0.34nm。平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，这样，锂可以嵌在碳层之间。石墨的实际比容量为320至340mAh/g。平均嵌锂电位约为0.1V，第一周充放电效率约为82%至84%，循环性能好，且价格低廉。
为提升充放电效率，优选的，所述负电极片上设置有石墨烯材料。石墨烯材料用作锂离子电池负极材料时，石墨烯的电化学储能性能优于石墨，而且其充电速度比石墨快十倍，从而能够实现快速充电，此外，防爆石墨烯电池的负载能力也会得到提升。对于石墨负极，锂离子会沉积在负极表面形成枝晶，石墨烯完美地解决这一问题，使得锂离子可以通过表面10至20nm的微小孔洞在石墨烯片间很好地存储，同时实现快速充电和能量的最佳存储，存储能量可以提高近10倍。例如，所述负电极片上设置有石墨材料与石墨烯材料，两者的质量比例为（3~5）:1。优选的，所述负电极片上设置第二石墨烯层。优选的，所述第二石墨烯层为一层石墨烯；或者，所述第二石墨烯层为两层石墨烯。优选的，所述负电极片为石墨片体，所述石墨片体上设置有石墨烯材料；例如，所述石墨片体上设置所述第二石墨烯层。这样，一方面是利用石墨烯片层的柔韧性来缓冲负电极或负电极片在多次循环过程中的体积变化，另一方面利用石墨烯优异的导电性能可以改善材料颗粒间的电接触以降低极化，从而能够提升防爆石墨烯电池的电化学性能。需要说明的是，一般情况下仅在正电极与负电极中的一个设置石墨烯材料，必要时可以在正电极与负电极中均设置石墨烯材料，但是需要经过试验测试其性能。
例如，所述电芯具有正电极、隔膜与负电极，所述隔膜设置于所述正电极与所述负电极之间。例如，隔膜的基体材料包括聚丙烯和/或聚乙烯材料。隔膜上具有若干微孔结构，例如，所述微孔结构为圆形、椭圆形、梭形或扁平形状；例如，所述隔膜为单层PP、单层PE或三层PP/PE/PP复合膜。优选的，所述隔膜为单层隔膜。例如，所述单层隔膜为聚乙烯薄膜；或者，所述单层隔膜为聚丙烯薄膜。优选的，所述隔膜为多层隔膜。例如，所述多层隔膜为三层薄膜。例如，所述三层隔膜为三层聚丙烯薄膜。优选的，所述隔膜为复合隔膜，亦称多层复合膜。例如，所述复合隔膜为聚乙烯薄膜与聚丙烯薄膜的复合体。优选的，所述复合隔膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜与氯化聚丙烯薄膜的复合体，或聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜与聚丙烯薄膜的复合体。隔膜的微孔结构对电池安全性能至关重要，当电池在过度充电或温度过高的情况下，隔膜会关闭孔隙，在电池内部形成断路，限制电流升高，防止温度进一步升高。隔膜的闭孔温度与其使用的基材有关，PP隔膜的闭孔温度较高，同时熔断温度也很高；PE隔膜的闭孔温度和熔断温度都较低。其中，熔断温度是指在此温度或以上，隔膜完全融化收缩，电极内部短路产生高温，造成电池解体甚至爆炸。因此，优选具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度的多层复合膜。多层复合膜的应用结合了二者的优点，PE在两层PP之间可以起到熔断保险丝的作用。为了避免过充时发生短路，又如，多层复合膜中的其中一层，例如三层隔膜中的中间层或者任一层，还涂设有三氧化二铝涂层。
为了提升隔膜的耐高温性能，避免隔膜因高温发生破膜或收缩而造成电池内部短路所带来的安全隐患，优选的，隔膜的表面还设置纳米保护层，例如，所述纳米保护层包括纳米级甲壳素纤维层、纳米级聚氨酯甲壳素纤维层、纳米级聚偏氟乙烯层、纳米级二氧化硅层和/或纳米级三氧化二铝层等。例如，隔膜的一表面设置纳米级甲壳素纤维层，和/或，隔膜的另一表面设置纳米级二氧化硅层；又如，隔膜的一表面设置纳米级聚氨酯甲壳素纤维层，和/或，隔膜的另一表面设置纳米级二氧化硅层与纳米级甲壳素纤维层。这样，采用纳米保护层，尤其是纳米级甲壳素纤维层等，一方面可以提升隔膜的耐高温性能，另一方面能够提升隔膜的物理强度，使其不易破膜。
例如，所述电芯具有正电极、电解质、隔膜与负电极，所述隔膜设置于所述正电极与所述负电极之间；其中，优选的，所述电解质包括锂盐。优选的，所述电解质还包括钠盐。优选的，所述钠盐与所述锂盐的质量比例小于30%。优选的，所述锂盐包括高氯酸锂；和/或，所述锂盐包括六氟磷酸锂；和/或，所述锂盐包括四氟硼酸锂。采用合适的电解质，有助于提升提高扩散速率和电导率，即提升防爆石墨烯电池的性能。
优选的，所述电解质包括聚合物，即所述电解质包括聚合物电解质。例如，所述聚合物为凝胶聚合物。优选的，所述聚合物为多孔凝胶聚合物。凝胶聚合物，亦称聚合物凝胶，是物质介于固体和液体之间的一种特殊状态，既有固体的一些性质，如具有一定的几何外形、一定的强度、弹性和屈服值等；也有液体的某些性质，如离子在凝胶中的扩散速率接近于离子在相应液体电解质中的扩散速率，其电导率接近于有机液体电解质。例如，在固态聚合物电解质中加入一种或几种增塑剂即可形成凝胶聚合物电解质。凝胶聚合物电解质可以通过化学交联和物理交联的机理来得到。
例如，所述凝胶聚合物包括氧化乙烯单元和氧化丙烯单元。为了提高扩散速率和电导率，优选的，所述凝胶聚合物包括PVDF、PMMA和PVDF三层结构，这样，外层PVDF为多孔结构，提供良好的离子通道；中间层PMMA为实心结构，具有良好的吸液性能；并且，可以解决PMMA聚合物在电解液中的溶解问题，能够提升提高扩散速率和电导率。优选的，所述凝胶聚合物还包括若干石墨烯，例如，所述凝胶聚合物还包括质量比例为1%至5%的石墨烯，即，石墨烯在全部凝胶聚合物的质量比例为1%至5%。由于石墨烯的二维高比表面积的特殊结构，因此添加了石墨烯的凝胶聚合物具有极其优异的电子传输能力。采用石墨烯的凝胶聚合物作为电解质，或者，所述电解质包括具有石墨烯的凝胶聚合物电解质，亦可称为石墨烯凝胶聚合物电解质，通过利用石墨烯的电子传输能力，可以同时具备传统电池与锂离子电池的优点，特别适合作为防爆石墨烯电池使用。优选的，所述凝胶聚合物还包括添加剂，添加剂在全部凝胶聚合物的质量比例为0.5%至3%。例如，所述添加剂包括有机溶剂，例如，所述添加剂包括马来酰亚胺或其衍生物。优选的，所述添加剂还包括酯类，例如乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙二醇碳酸酯等。
为了降低防爆石墨烯电池持续高温可能存在爆炸危险的伤害程度，例如，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔；这样，在发生爆炸或燃烧时，高压气体能够从通孔泄出部分，避免了暴发过于剧烈，从而能够舒缓爆炸或燃烧的威力。为了保持电芯的密闭环境，优选的，每一所述通孔上设置薄膜，使得所述壳体内部形成密封环境或近似密封环境；这样，在发生爆炸时，薄膜的物理强度低于壁部的物理强度，薄膜先行裂开，高压气体能够先从通孔泄出部分，对于壳体或壁部的威胁就小一些，甚至还可以保护壁部。例如，所述壳体具有顶部、壁部与底部，为了便于生产，所述壁部的内表面设置一层薄膜，所述壁部的内表面即所述壁部向所述腔体的一面，亦即所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体的一面；例如，所述薄膜为塑料薄膜；优选的，所述薄膜为单透膜，所述单透膜具有从所述壳体内部向所述壳体外部的单向透过性，其中所述壳体内部的气体小分子可以从所述壳体内部向所述壳体外部逸散；这样，可以避免由于内部压力过大发生的鼓包事故，还能在发生爆炸危险之前先通过所述单透膜散逸出部分气体，在发生爆炸危险时，所述薄膜或所述单透膜先行裂开，高压气体能够先从通孔泄出部分，从而降低了爆炸威力，能够对用户提供一定的保护。优选的，使用所述防爆石墨烯电池的产品还配合设计若干散气通道，能够达到更好的安全效果。
优选的，所述通孔的孔径小于100纳米；例如，所述通孔的孔径小于50纳米；优选的，所述通孔的孔径小于10纳米。优选的，所述壳体包括外壳与内壳，所述外壳设置若干所述通孔。优选的，所述内壳的物理强度低于所述外壳的物理强度；这样，在发生危险时，内壳先溃裂，吸收一部分能量，再通过所述外壳的各所述通孔泄压，能够对用户提供一定的保护。优选的，所述内壳具有网孔结构，所述网孔结构的孔径大于所述通孔的孔径。例如，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的2倍。优选的，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的7倍。又如，所述内壳的强度大于所述外壳的强度。例如，具有网孔结构的内壳的强度大于所述外壳的强度，这样，可以通过网孔结构与通孔进行多层泄压。优选的，所述网孔结构与所述通孔错落设置，即所述网孔结构与所述通孔非相对设置，或者说，所述网孔结构的延伸与所述通孔的延伸平行且完全不重合，这样，爆炸气体不能直接贯穿所述网孔结构与所述通孔，需要在所述内壳与所述外壳之间略作分散或弯折，从而能够在一定程度上降低爆炸威力。优选的，所述内壳与所述外壳之间还设有阻燃层，例如铝类阻燃剂如三氧化二铝，或者有机磷类阻燃剂等；又如，所述阻燃层为涂层，例如，所述阻燃层为阻燃涂层，例如，所述阻燃涂层涂设于所述内壳朝向所述外壳的一面或者所述外壳朝向所述内壳的一面；又如，所述内壳为甲壳素纤维层，其朝向所述外壳的一面涂设所述阻燃涂层。这样，具有较好的防暴阻燃效果。
进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的防爆石墨烯电池，亦可称为锂电池或石墨烯锂电池。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种防爆石墨烯电池，其特征在于，包括壳体与电芯；
所述壳体内部设有腔体，所述壳体的壁部向所述腔体凸设有若干条体，所述条体具有形变部，所述壳体的所述壁部穿设若干通孔；
所述壳体上穿设有相互绝缘的正极耳与负极耳；
所述电芯容置于所述腔体，并与至少一所述条体相接触以使所述条体的所述形变部发生形变，所述电芯具有正电极与负电极，所述正电极与所述正极耳连接，所述负电极与所述负极耳连接；
所述正电极具有正电极片，所述正电极片上设置石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述通孔的孔径小于100纳米。
3.根据权利要求2所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述通孔的孔径小于50纳米。
4.根据权利要求3所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述通孔的孔径小于10纳米。
5.根据权利要求1所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述壳体包括外壳与内壳，所述外壳设置若干所述通孔。
6.根据权利要求5所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述内壳具有网孔结构，所述网孔结构的孔径大于所述通孔的孔径。
7.根据权利要求6所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的2倍。
8.根据权利要求7所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述网孔结构的面积超过所述通孔的面积的7倍。
9.根据权利要求5所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述内壳的强度大于所述外壳的强度。
10.根据权利要求5所述防爆石墨烯电池，其特征在于，所述内壳与所述外壳之间还设有阻燃层。
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