CN107180954A - 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组 - Google Patents

一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组 Download PDF

Info

Publication number
CN107180954A
CN107180954A CN201710371680.1A CN201710371680A CN107180954A CN 107180954 A CN107180954 A CN 107180954A CN 201710371680 A CN201710371680 A CN 201710371680A CN 107180954 A CN107180954 A CN 107180954A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
material layer
lithium ion
pole piece
foil collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710371680.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107180954B (zh
Inventor
张廷祥
张惠敏
于恩华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201710371680.1A priority Critical patent/CN107180954B/zh
Publication of CN107180954A publication Critical patent/CN107180954A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107180954B publication Critical patent/CN107180954B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本申请提供一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组，所述单体电池由正极极片、隔膜及负极极片层压后构成；正极极片包括正极铝箔集流体及设在正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层；磷酸铁锂活性材料层上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层；隔膜的一面紧贴于电解液层；负极极片包括负极铜箔集流体及设在负极铜箔集流体内侧表面的负极活性材料层；负极活性材料层的主要成分是硅/炭‑石墨烯复合材料；负极活性材料层紧贴隔膜的另一面。作为负极活性材料，硅/炭‑石墨烯复合材料具有巨大的比表面积和容量，高导电率，在应用于石墨烯锂离子电池时，使得电池具有高导电率，高容量，性能优越等优势。

Description

一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组
技术领域
本申请涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池由于具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等显著优点，在小型数码电子产品中获得了广泛应用，在混合动力电动汽车、航空航天、潜水等领域也具有广阔的应用前景。
然而，近年来，关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道已经屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们的普遍关注，是限制锂离子电池在动力和大规模储能领域实现产业升级的主要障碍。而引起锂离子电池安全问题的因素，主要在于电解质，因而一种安全型电解液对于锂离子电池至关重要。其次，基于现有的正、负极材料及电解液的锂离子电池，如要提高其容量，必然引起电池体积的增大，这是一对技术矛盾。而如果电池由于体积过大而无法应用到某些场合时，则进一步限制了锂离子电池的应用，尤其是在微型电子设备、航空航天或者潜水等领域的应用。最后，传统薄型锂离子电池主要是以聚合高分子材料为电极活性材料，其制备工艺复杂，购进价格昂贵，且危险性高。
综上所述，如何减小现有的锂离子电池存在的体积大，降低危险性，提高电池容量，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组，以解决传统薄型锂离子电池危险性高、容量偏低、功率小的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种超薄型石墨烯锂离子单体电池，由正极极片、隔膜及负极极片层压后构成；
所述正极极片包括正极铝箔集流体及设在所述正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层；
所述磷酸铁锂活性材料层上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层；
所述隔膜的一面紧贴于所述电解液层；
所述负极极片包括负极铜箔集流体及设在所述负极铜箔集流体内侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；
所述负极活性材料层紧贴所述隔膜的另一面。
进一步地，还包括包覆层；所述包覆层包覆在所述单体电池的外部。
进一步地，所述凝胶型电解液包括：35质量份的安全电解液、39质量份的三氟甲基磺酰亚胺离子液体、26质量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全电解液包括95质量份的常规电解液、3质量份的磷酸三苯酯和2质量份的甲基氟代丁基醚。
进一步地，所述磷酸铁锂活性材料层的面密度小于5mg/cm2，压实密度大于3.5g/cm3。
进一步地，所述硅/炭-石墨烯复合材料按照下述步骤制备而成：
将硅粉置于超细球磨机中，以水为介质，球料质量比为4:1，球磨10h，得到硅浆料；
将所述硅浆料与人造石墨、导电炭黑、乳化沥青按照65:20:5:10的质量比混合均匀，得到混合料；
对所述混合料进行喷雾干燥处理，得到球状颗粒；
将所述球状颗粒与氧化石墨烯按照2:1的质量比混合，1000r/min的转速下，搅拌2-3小时；
将搅拌后的所述球状颗粒与氧化石墨烯的混合物置于温度为900℃的氮气环境中烧结2小时，得到硅/炭-石墨烯复合材料。
可选地，所述采用喷雾干燥机对所述混合料进行喷雾干燥处理，进口温度为300℃，出口温度为110℃，雾化频率为250Hz。
可选地，所述包覆层成分为聚氯乙烯与聚丙乙烯的混合物；所述聚氯乙烯与聚丙乙烯的质量比为98:2。
可选地，所述单体电池的形状为扁平片状。
第二方面，本申请实施例提供一种石墨烯锂离子电池组，包括：数个扁平片状的单体电池；用于封装所述扁平片状的单体电池的箱体；
数个所述扁平片状的单体电池依次排列在所述箱体内；
所述箱体包括箱体本体和箱盖；所述箱盖设有正极极柱、负极极柱和出气阀；
所述依次排列的单体电池与所述箱盖之间设有透气腔；所述出气阀与所述透气腔连通；
相邻两个所述扁平片状的单体电池之间设有隔离板；所述隔离板设有若干透气孔；
所述扁平片状的单体电池由正极极片、隔膜及负极极片层压后构成；
所述正极极片包括正极铝箔集流体及设在所述正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层；所述正极铝箔集流体与所述正极极柱连接；
所述磷酸铁锂活性材料层上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层；
所述隔膜的一面紧贴于所述电解液层；
所述负极极片包括负极铜箔集流体及设在所述负极铜箔集流体内侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极铜箔集流体与所述负极极柱连接；
所述负极活性材料层紧贴所述隔膜的另一面。
由以上技术方案可知，本申请提供一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组。所述单体电池由正极极片、隔膜及负极极片层压后构成；所述正极极片包括正极铝箔集流体及设在所述正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层；所述磷酸铁锂活性材料层上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层；采用安全的凝胶型电解液，流动性适宜，易于被刷涂于正极极片上，与磷酸铁锂活性材料层紧密接触；所述隔膜的一面紧贴于所述电解液层；所述负极极片包括负极铜箔集流体及设在所述负极铜箔集流体内侧表面的负极活性材料层；所述负极活性材料层的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极活性材料层紧贴所述隔膜的另一面。作为负极活性材料，硅/炭-石墨烯复合材料具有巨大的比表面积和容量，高导电率，在应用于石墨烯锂离子电池时，使得电池具有高导电率，高容量，性能优越等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请根据一示例性实施例示出的超薄型石墨烯锂离子单体电池结构示意图；
图2为本申请根据一示例性实施例示出的超薄型石墨烯锂离子单体电池剖面结构示意图；
图3为本申请根据一示例性实施例示出的硅/炭-石墨烯复合材料制备方法流程图；
图4是本申请根据一示例性实施例示出的石墨烯锂离子电池组示意图；
图5是本申请根据一示例性实施例示出的另一种石墨烯锂离子电池组示意图。
图示说明：1-单体电池；11-正极极片；111-正极铝箔集流体；112-磷酸铁锂活性材料层；12-电解液层；13-隔膜；14-负极极片；141-负极铜箔集流体；142-负极活性材料层；15-包覆层；2-箱体；21-箱体本体；22-箱盖；221-正极极柱；222-负极极柱；223-出气阀；23-透气腔；31-透气孔；3-隔离板。
具体实施方式
参见图1和图2，为本申请根据一示例性实施例示出的超薄型石墨烯锂离子单体电池结构示意图，所述超薄型石墨烯锂离子单体电池由正极极片11、隔膜13及负极极片14层压后构成；
所述正极极片11包括正极铝箔集流体111及设在所述正极铝箔集流体111内侧表面的磷酸铁锂活性材料层112；
所述磷酸铁锂活性材料层112上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层12；
所述隔膜13的一面紧贴于所述电解液层12；
所述负极极片14包括负极铜箔集流体141及设在所述负极铜箔集流体141内侧表面的负极活性材料层142；所述负极活性材料层142的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；
所述负极活性材料层142紧贴所述隔膜13的另一面。
进一步地，还包括包覆层15；所述包覆层包覆15在所述单体电池的外部。
可选地，所述包覆层15成分为聚氯乙烯与聚丙乙烯的混合物；所述聚氯乙烯与聚丙乙烯的质量比为98:2。
进一步地，所述凝胶型电解液包括：35质量份的安全电解液、39质量份的三氟甲基磺酰亚胺离子液体、26质量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全电解液包括95质量份的常规电解液、3质量份的磷酸三苯酯和2质量份的甲基氟代丁基醚。
可选的，所述常规电解液电解质为LiFP6,有机溶剂由体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸二乙酯组成，其中，电解质的浓度为1mol/L。
离子液体是在室温及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质，具有电导率高、液态范围宽、不挥发和不燃等特点，本申请将离子液体用于锂离子电池电解液中，已解决锂离子电池的安全问题。进一步优选地，采用三氟甲基磺酰亚胺咪唑，能够在保证安全性的同时，提高电解液的导电率。
本申请以磷酸三苯酯作为阻燃剂，使得燃烧传播速率显著降低，提高电解液的热稳定性能，并显示出较好的电化学性能。
另外，本申请采用氟代溶剂甲基氟代丁基醚，能够进一步有利于抑制电解液的燃烧。可选的，在其他实施例中，还可采用氟代酯和氟代醚。
常规电解液包括的碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸二乙酯，能够在锂离子电池负极材料表面形成有机固体电解液界面(SEI)膜，保证电池的循环性能。
进一步地，所述磷酸铁锂活性材料层的面密度小于5mg/cm2，压实密度大于3.5g/cm3。
请参阅图3，所述硅/炭-石墨烯复合材料按照下述步骤制备而成：
步骤S01、将硅粉置于超细球磨机中，以水为介质，球料质量比为4:1，球磨10h，得到硅浆料；
步骤S02、将所述硅浆料与人造石墨、导电炭黑、乳化沥青按照65:20:5:10的质量比混合均匀，得到混合料；
步骤S03、对所述混合料进行喷雾干燥处理，得到球状颗粒；
可选地，采用喷雾干燥机对所述混合料进行喷雾干燥处理，进口温度为300℃，出口温度为110℃，雾化频率为250Hz。
步骤S04、将所述球状颗粒与氧化石墨烯按照2:1的质量比混合，1000r/min的转速下，搅拌2-3小时；
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。因此，实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。
氧化石墨烯薄片是石墨粉经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。
本申请采用浓硫酸加碳酸钠体系，以高锰酸钾为氧化剂，制备氧化石墨烯。该法的优点是用高锰酸钾代替氯酸钾，提高实验的安全性，减少有毒气体的产生。同时，该法所需的氧化时间较短，产物的氧化程度较高，产物的结构规整且易于在水中发生溶胀而层离。本申请以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备氧化石墨烯的流程可以是：
例如：在冰水浴中装配好250mL的反应瓶，加入5g浓硫酸，搅拌下加入1g天然鳞片石墨粉和50g碳酸钠的固体混合物，再分次加入50g高锰酸钾，控制反应温度不超过20℃，搅拌反应一段时间，然后升温到35℃，继续搅拌30min，再缓慢加入一定量的去离子水，继续搅拌20min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色，趁热过滤，并用5％的HCl溶液和去离子水洗涤知道滤液中无硫酸根被检测到为止。最后，将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨烯。
本申请方法制得的氧化石墨烯的衍射峰明显强于普通石墨粉的衍射峰，因而化学性能优于普通石墨粉，并且粒径小，表面积大，分散度大，有利于提高锂离子电池的容量。
步骤S05、将搅拌后的所述球状颗粒与氧化石墨烯的混合物置于温度为900℃的氮气环境中烧结2小时，得到硅/炭-石墨烯复合材料。
经炭包覆的球状硅/石墨烯复合材料呈“核壳结构”，作为负极活性材料，具有大量褶皱的氧化石墨烯可以有效地缓冲硅的体积膨胀，该复合材料应用于石墨烯锂离子电池时，表现出高库伦效率、高比容量和良好的循环稳定性。
Si是已知的具有最高的理论比容量和较低的充放电平台的物质，但是实际应用时，Si基负极材料有两大缺点：第一本身的电导率较低，导致大电流充电时比容量太小，无法发挥Si的潜能；第二是在嵌锂过程中，硅会发生高达300％的体积膨胀，从而导致电极粉化、与集流体分离以及比容量的快速衰减。本申请将氧化石墨烯、硅及碳素材料，制备成硅/炭-石墨烯复合材料。其中，氧化石墨烯具有优异的导电性能和机械柔韧性，可以用来提高Si基负极的电导率，其坚硬的网状结构能够有效地固定住硅，从而有效缓冲嵌锂、脱锂过程中产生的体积膨胀，防止电极粉化等问题的出现；而掺杂的软碳能够改善锂离子电池的低温性能，使电池的工作温度范围更宽。
由以上技术方案可知，本申请提供的单体电池由正极极片11、隔膜13及负极极片14层压后构成；所述正极极片11包括正极铝箔集流体111及设在所述正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层112；所述磷酸铁锂活性材料层112上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层12；采用安全的凝胶型电解液，流动性适宜，易于被刷涂于正极极片11上，与磷酸铁锂活性材料层112紧密接触；所述隔膜13的一面紧贴于所述电解液层12；所述负极极片14包括负极铜箔集流体141及设在所述负极铜箔集流体141内侧表面的负极活性材料层142；所述负极活性材料层142的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极活性材料层142紧贴所述隔膜的另一面。作为负极活性材料，硅/炭-石墨烯复合材料具有巨大的比表面积和容量，高导电率，在应用于石墨烯锂离子电池时，使得电池具有高导电率，高容量，性能优越等优势。
请参阅图4，提供一种石墨烯锂离子电池组，数个扁平片状的单体电池1；用于封装所述扁平片状的单体电池1的箱体2；
数个所述扁平片状的单体电池1依次排列在所述箱体2内；
所述箱体2包括箱体本体21和箱盖22；所述箱盖22设有正极极柱221、负极极柱222和出气阀223；
所述依次排列的单体电池1与所述箱盖22之间设有透气腔23；所述出气阀223与所述透气腔23连通；
相邻两个所述扁平片状的单体电池1之间设有隔离板3；所述隔离板3设有若干透气孔31；
所述扁平片状的单体电池1由正极极片11、隔膜13及负极极片14层压后构成；
所述正极极片11包括正极铝箔集流体111及设在所述正极铝箔集流体111内侧表面的磷酸铁锂活性材料层112；所述正极铝箔集流体111与所述正极极柱221连接；
所述磷酸铁锂活性材料层112上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层12；
所述隔膜13的一面紧贴于所述电解液层12；
所述负极极片14包括负极铜箔集流体141及设在所述负极铜箔集流体141内侧表面的负极活性材料层142；所述负极活性材料层的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极铜箔集流体141与所述负极极柱222连接；
所述负极活性材料层142紧贴所述隔膜13的另一面。
另外，在一些实施例中，本申请提供的石墨烯锂离子电池组还可被设计成如图5所示的结构。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种石墨烯锂离子电池组，包括数个扁平片状的单体电池1和用于封装所述扁平片状的单体电池1的箱体2；数个所述扁平片状的单体电池1依次排列在所述箱体2内；其中，根据对电池容量需求的不同，来调整单体电池的数量。本申请中，将扁平片状的电池1单体裁成长条方形，层叠装设于方形箱体2中，体积小而容量大。另外，所述扁平片状的单体电池1由正极极片11、隔膜13及负极极片14层压后构成；所述正极极片11包括正极铝箔集流体111及设在所述正极铝箔集流体内侧表面的磷酸铁锂活性材料层112；所述磷酸铁锂活性材料层112上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层12；采用安全的凝胶型电解液，流动性适宜，易于被刷涂于正极极片11上，与磷酸铁锂活性材料层112紧密接触；所述隔膜13的一面紧贴于所述电解液层12；所述负极极片14包括负极铜箔集流体141及设在所述负极铜箔集流体141内侧表面的负极活性材料层142；所述负极活性材料层142的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极活性材料层142紧贴所述隔膜的另一面。作为负极活性材料，硅/炭-石墨烯复合材料具有巨大的比表面积和容量，高导电率，在应用于石墨烯锂离子电池时，使得电池具有高导电率，高容量，性能优越等优势。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种超薄型石墨烯锂离子单体电池，其特征在于，由正极极片(11)、隔膜(13)及负极极片(14)层压后构成；
所述正极极片(11)包括正极铝箔集流体(111)及设在所述正极铝箔集流体(111)内侧表面的磷酸铁锂活性材料层(112)；
所述磷酸铁锂活性材料层(112)上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层(12)；
所述隔膜(13)的一面紧贴于所述电解液层(12)；
所述负极极片(14)包括负极铜箔集流体(141)及设在所述负极铜箔集流体(141)内侧表面的负极活性材料层(142)；所述负极活性材料层(142)的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；
所述负极活性材料层(142)紧贴所述隔膜(13)的另一面。
2.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，还包括包覆层(15)；所述包覆层(15)包覆在所述单体电池外部。
3.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述凝胶型电解液包括：35质量份的安全电解液、39质量份的三氟甲基磺酰亚胺离子液体、26质量份的聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸酯聚合物；所述安全电解液包括95质量份的常规电解液、3质量份的磷酸三苯酯和2质量份的甲基氟代丁基醚。
4.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述磷酸铁锂活性材料层的面密度小于5mg/cm2，压实密度大于3.5g/cm3。
5.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述硅/炭-石墨烯复合材料按照下述步骤制备而成：
将硅粉置于超细球磨机中，以水为介质，球料质量比为4:1，球磨10h，得到硅浆料；
将所述硅浆料与人造石墨、导电炭黑、乳化沥青按照65:20:5:10的质量比混合均匀，得到混合料；
对所述混合料进行喷雾干燥处理，得到球状颗粒；
将所述球状颗粒与氧化石墨烯按照2:1的质量比混合，1000r/min的转速下，搅拌2-3小时；
将搅拌后的所述球状颗粒与氧化石墨烯的混合物置于温度为900℃的氮气环境中烧结2小时，得到硅/炭-石墨烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的单体电池，其特征在于，所述采用喷雾干燥机对所述混合料进行喷雾干燥处理，进口温度为300℃，出口温度为110℃，雾化频率为250Hz。
7.根据权利要求6所述的单体电池，其特征在于，所述包覆层(15)的成分为聚氯乙烯与聚丙乙烯的混合物；所述聚氯乙烯与聚丙乙烯的质量比为98:2。
8.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池的形状为扁平片状。
9.一种石墨烯锂离子电池组，其特征在于，包括：数个扁平片状的单体电池(1)；用于封装所述扁平片状的单体电池(1)的箱体(2)；
数个所述扁平片状的单体电池(1)依次排列在所述箱体(2)内；
所述箱体(2)包括箱体本体(21)和箱盖(22)；所述箱盖(22)设有正极极柱(221)、负极极柱(222)和出气阀(223)；
所述依次排列的单体电池(1)与所述箱盖(22)之间设有透气腔(23)；所述出气阀(223)与所述透气腔(23)连通；
相邻两个所述扁平片状的单体电池(1)之间设有隔离板(3)；所述隔离板(3)设有若干透气孔(31)；
所述扁平片状的单体电池(1)由正极极片(11)、隔膜(13)及负极极片(14)层压后构成；
所述正极极片(11)包括正极铝箔集流体(111)及设在所述正极铝箔集流体(111)内侧表面的磷酸铁锂活性材料层(112)；所述正极铝箔集流体(111)与所述正极极柱(221)连接；
所述磷酸铁锂活性材料层(112)上刷涂凝胶型电解液，以形成电解液层(12)；
所述隔膜(13)的一面紧贴于所述电解液层(12)；
所述负极极片(14)包括负极铜箔集流体(141)及设在所述负极铜箔集流体(141)内侧表面的负极活性材料层(142)；所述负极活性材料层的主要成分是硅/炭-石墨烯复合材料；所述负极铜箔集流体(141)与所述负极极柱(222)连接；
所述负极活性材料层(142)紧贴所述隔膜(13)的另一面。
CN201710371680.1A 2017-05-24 2017-05-24 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组 Active CN107180954B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710371680.1A CN107180954B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710371680.1A CN107180954B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107180954A true CN107180954A (zh) 2017-09-19
CN107180954B CN107180954B (zh) 2021-10-26

Family

ID=59831298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710371680.1A Active CN107180954B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107180954B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108232166A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 黑龙江聚拢华玺智能科技有限公司 一种石墨烯电池
CN108232294A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 黑龙江聚拢华玺智能科技有限公司 一种超高压的石墨烯电池
CN108550901A (zh) * 2018-05-11 2018-09-18 美澳视界（厦门）智能科技有限公司 一种高能量高密度且快速充电的石墨烯电池
CN109802115A (zh) * 2019-01-15 2019-05-24 江西星盈科技有限公司 锂离子电池及负极材料及其制备方法
CN114497513A (zh) * 2022-03-05 2022-05-13 青岛泰达华润新能源科技有限公司 一种锂离子电池用石墨烯负极材料及其制备方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2587068Y (zh) * 2002-12-04 2003-11-19 春兰(集团)公司 一种内压平衡的组合蓄电池
WO2005062400A1 (fr) * 2003-12-22 2005-07-07 Henan Huanyu Group Co. Ltd. Ensemble batterie avec dispositif de refroidissement
KR20090052971A (ko) * 2007-11-22 2009-05-27 주식회사로케트전기 박형 리튬 전지의 제조 방법
CN102832408A (zh) * 2012-09-18 2012-12-19 广州天赐高新材料股份有限公司 具有高阻燃性能和电化学性能的电解液及锂离子电池
CN103456994A (zh) * 2012-05-28 2013-12-18 万向电动汽车有限公司 一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法
CN103682359A (zh) * 2012-08-29 2014-03-26 苏州宝时得电动工具有限公司 负极材料及其制备方法、负极、具有该负极的电池
WO2015148635A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Indiana University Research And Technology Corporation Novel carbonized polyaniline-grafted silicon nanoparticles encapsulated in graphene sheets for li-ion battery anodes
EP2991153A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte and lithium battery including the same
CN105633451A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 深圳市优特利电源有限公司 超薄型聚合物电池及制作方法
CN105720300A (zh) * 2016-03-31 2016-06-29 成都国珈星际固态锂电科技有限公司 凝胶电解质膜、凝胶聚合物锂离子电池及其制备方法，及电动车
CN105977492A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 李连博 大容量高电压石墨烯动力蓄电池及其制备方法
CN105977464A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 李连博 高电压大容量轻薄型石墨烯动力蓄电池及其制备方法
CN106058308A (zh) * 2016-08-17 2016-10-26 国家纳米科学中心 一种柔性锂离子电池及其制备方法
CN106329027A (zh) * 2016-11-07 2017-01-11 天津力神特种电源科技股份公司 一种高安全性的锂离子电池组
US20170062869A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Aruna Zhamu Rechargeable lithium batteries having an ultra-high volumetric energy density and required production process
CN206022521U (zh) * 2016-06-28 2017-03-15 李连博 大容量高电压石墨烯动力蓄电池
CN106654195A (zh) * 2016-11-23 2017-05-10 深圳市山木新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池及其制备方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2587068Y (zh) * 2002-12-04 2003-11-19 春兰(集团)公司 一种内压平衡的组合蓄电池
WO2005062400A1 (fr) * 2003-12-22 2005-07-07 Henan Huanyu Group Co. Ltd. Ensemble batterie avec dispositif de refroidissement
KR20090052971A (ko) * 2007-11-22 2009-05-27 주식회사로케트전기 박형 리튬 전지의 제조 방법
CN103456994A (zh) * 2012-05-28 2013-12-18 万向电动汽车有限公司 一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法
CN103682359A (zh) * 2012-08-29 2014-03-26 苏州宝时得电动工具有限公司 负极材料及其制备方法、负极、具有该负极的电池
CN102832408A (zh) * 2012-09-18 2012-12-19 广州天赐高新材料股份有限公司 具有高阻燃性能和电化学性能的电解液及锂离子电池
WO2015148635A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Indiana University Research And Technology Corporation Novel carbonized polyaniline-grafted silicon nanoparticles encapsulated in graphene sheets for li-ion battery anodes
EP2991153A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte and lithium battery including the same
US20170062869A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Aruna Zhamu Rechargeable lithium batteries having an ultra-high volumetric energy density and required production process
CN105633451A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 深圳市优特利电源有限公司 超薄型聚合物电池及制作方法
CN105720300A (zh) * 2016-03-31 2016-06-29 成都国珈星际固态锂电科技有限公司 凝胶电解质膜、凝胶聚合物锂离子电池及其制备方法，及电动车
CN105977492A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 李连博 大容量高电压石墨烯动力蓄电池及其制备方法
CN105977464A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 李连博 高电压大容量轻薄型石墨烯动力蓄电池及其制备方法
CN206022521U (zh) * 2016-06-28 2017-03-15 李连博 大容量高电压石墨烯动力蓄电池
CN106058308A (zh) * 2016-08-17 2016-10-26 国家纳米科学中心 一种柔性锂离子电池及其制备方法
CN106329027A (zh) * 2016-11-07 2017-01-11 天津力神特种电源科技股份公司 一种高安全性的锂离子电池组
CN106654195A (zh) * 2016-11-23 2017-05-10 深圳市山木新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YE SUNYUN,ET AL.: "Lithium metal polymer cells assembled with gel polymer electrolytes containing ionic liquid", 《CURRENT APPLIED PHYSICS》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108232166A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 黑龙江聚拢华玺智能科技有限公司 一种石墨烯电池
CN108232294A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 黑龙江聚拢华玺智能科技有限公司 一种超高压的石墨烯电池
CN108550901A (zh) * 2018-05-11 2018-09-18 美澳视界（厦门）智能科技有限公司 一种高能量高密度且快速充电的石墨烯电池
CN109802115A (zh) * 2019-01-15 2019-05-24 江西星盈科技有限公司 锂离子电池及负极材料及其制备方法
CN114497513A (zh) * 2022-03-05 2022-05-13 青岛泰达华润新能源科技有限公司 一种锂离子电池用石墨烯负极材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107180954B (zh) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107180954A (zh) 一种超薄型石墨烯锂离子单体电池及石墨烯锂离子电池组
CN105742635B (zh) 一种二氧化锡/石墨烯/碳复合材料及其制备方法
CN109638344A (zh) 有机凝胶聚合物电解液、制备方法、应用、钠基双离子电池及其制备方法
CN102280656A (zh) 一种导电聚合物包覆正极的锂离子电池的制备方法
CN106558729B (zh) 一种石墨烯作为正极浆料导电剂的锂离子电池
CN107180955A (zh) 一种镍钴锰酸锂ncm‑富锂金属氧化物复合正极电极的制备方法
CN105355893B (zh) 柔性锂离子电池负极材料的制备方法
CN106898759A (zh) 石墨烯锂离子电池负极极片的制备方法及石墨烯锂离子电池组
CN105226246B (zh) 石墨烯包覆P@SnO2核壳量子点电极材料及其制备方法和应用
CN107959010A (zh) 一种石墨复合材料及其制备方法
CN105591090B (zh) 一种可用于锂离子电池负极的氧化锌/氮掺杂碳复合材料的制备方法
CN107170968A (zh) 一种二次镁电池正极材料及其制备方法
CN102916195A (zh) 一种石墨烯包覆氧化铜复合负极材料及其制备方法
CN105140481A (zh) 一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法
CN107634225A (zh) 一种采用硬碳正极材料的双离子电池制备方法
CN104852040B (zh) 一种高倍率锂离子电池的镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN106941161A (zh) 一种氮掺杂石墨烯/二氧化锰/空心硫复合材料的制备方法
CN109301178A (zh) 一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池
CN108054350A (zh) 锂硫电池复合正极材料及其制备方法
CN108428935A (zh) 一种固态电解质膜制备方法及锂电池
CN107732177A (zh) 硫/剑麻炭锂离子电池复合负极材料的制备方法
CN103579627A (zh) 石墨烯-锡复合材料、其制备方法、锂离子电池及其制备方法
CN105529460A (zh) 锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池
CN109950640B (zh) 金属石墨中温储能电池及其制备方法
CN105406071A (zh) 一种高倍率磷酸钒锂正极材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant