CN111430725A - 一种可压缩及回复锂离子电池电极 - Google Patents

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吕鹏
袁家娇
韦玮
余柯涵
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Abstract

本发明提供一种可压缩及回复锂离子电池电极，包括弹性集流体、电极活性物质和聚合物胶态电解质，所述弹性集流体为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质负载于弹性集流体的孔壁上，所述聚合物胶态电解质均匀的涂覆于弹性集流体和电极活性物质上。在不同压缩形变下都可以正常充放电，其容量大小、倍率性能、循环稳定性等储能性能都与未压缩状态下的锂离子电池电极性能相差不大。并且在多次压缩/回复后，其多项储能性能依然保持在一定水平。突破了现有柔性电极只能耐受弯曲形变的性能，为今后可穿戴设备的内置电池奠定了良好的基础。

Description

一种可压缩及回复锂离子电池电极
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术及可穿戴储能设备领域，尤其涉及一种可压缩及回复锂离子电池电极。
背景技术
随着电子设备逐渐向小型化、便携化、可穿戴化方向的发展，需要开发能够与之相匹配的储能设备，这些储能设备需要在多种形变下保持储能性能的稳定，这些形变包括弯曲形变、拉伸形变、压缩形变等。锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、高安全性、低自放电率等特点，是一种具有广泛应用前景和市场需求的储能设备。目前关于耐形变的锂离子电池的开发，主要集中在可弯曲、可折叠的柔性锂离子电池上，但是对于可压缩/回复的柔性锂离子电池的开发还处于起步阶段。压缩形变是可穿戴设备所经常面对的一种形变，对应的储能设备（如锂离子电池等）也需要具备在不同的压缩形变下保持储能性能的稳定。而电池材料作为锂离子电池的重要一环，因此开发可压缩及回复的锂离子电池用的电极至关重要。
目前的锂离子电池柔性电极材料中，其结构主要为层状结构，具有优异的柔韧性和耐弯曲性能。但是这些柔性电极并不具备大的可压缩形变。虽然有些柔性电极具有多孔结构，但是通常其这种多孔结构的机械强度较差，经过压缩后极易发生结构的垮塌，无法进行结构的回复，导致储能性能的大幅度下降。因此为了满足耐多种形变锂离子电池发展的需求，就需要提供一种可压缩及回复锂离子电池电极。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种可压缩及回复锂离子电池电极，以高弹性三维石墨烯为集流体骨架，并负载有电极活性物质和聚合物胶态电解质，在此结构的压缩和回复过程中，保持锂离子电池储能性能的稳定，展现出可压缩及回复的特性。
本发明提供一种可压缩及回复锂离子电池电极，包括弹性集流体、电极活性物质和聚合物胶态电解质，所述弹性集流体为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质负载于弹性集流体的孔壁上，所述聚合物胶态电解质均匀的涂覆于弹性集流体和电极活性物质上。
进一步改进在于：所述弹性集流体可回复压缩形变为80~99%，经过1000次压缩/回复后，弹性集流体的体积保持率为90~99%。
进一步改进在于：所述电极活性物质在弹性集流体上均匀负载，负载厚度为1~10微米。
进一步改进在于：所述聚合物胶态电解质为固态涂覆层，涂覆层的厚度为0.1~2微米。
进一步改进在于：所述电极经过形变量为10~90%的压缩后可回复至原体积的80~100%，经过压缩及回复过程高弹性三维石墨烯上的电极活性物质质量保留率为90~100%。
本发明的有益效果是：在不同压缩形变下都可以正常充放电，其容量大小、倍率性能、循环稳定性等储能性能都与未压缩状态下的锂离子电池电极性能相差不大。并且在多次压缩/回复后，其多项储能性能依然保持在一定水平。突破了现有柔性电极只能耐受弯曲形变的性能，为今后可穿戴设备的内置电池奠定了良好的基础。
附图说明
图1是本发明的材料结构示意图。
图2是本发明的材料结构放大图。
其中：1-弹性集流体，2-电极活性物质，3-聚合物胶态电解质。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步的详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
本实施例提供一种可压缩及回复锂离子电池电极，包括弹性集流体1、电极活性物质2和聚合物胶态电解质3，所述弹性集流体1为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质2负载于弹性集流体1的孔壁上，所述聚合物胶态电解质3均匀的涂覆于弹性集流体1和电极活性物质2上。所述弹性集流体1可回复压缩形变为80%，经过1000次压缩/回复后，弹性集流体1的体积保持率为90%。所述电极活性物质2在弹性集流体1上均匀负载，负载厚度为1微米。所述聚合物胶态电解质3为固态涂覆层，涂覆层的厚度为0.5微米。所述电极经过形变量为50%的压缩后可回复至原体积的80%，经过压缩及回复过程高弹性三维石墨烯上的电极活性物质2质量保留率为90%。对上述可压缩及回复锂离子电池电极进行测试，在0~90%的压缩形变下相对于未压缩前其比容量保持率为85%，经过500次重复压缩及回复过程，其比容量保持率为75%。
实施例二
本实施例提供一种可压缩及回复锂离子电池电极，包括弹性集流体1、电极活性物质2和聚合物胶态电解质3，所述弹性集流体1为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质2负载于弹性集流体1的孔壁上，所述聚合物胶态电解质3均匀的涂覆于弹性集流体1和电极活性物质2上。所述弹性集流体1可回复压缩形变为90%，经过1000次压缩/回复后，弹性集流体1的体积保持率为95%。所述电极活性物质2在弹性集流体1上均匀负载，负载厚度为5微米。所述聚合物胶态电解质3为固态涂覆层，涂覆层的厚度为1微米。所述电极经过形变量为80%的压缩后可回复至原体积的90%，经过压缩及回复过程高弹性三维石墨烯上的电极活性物质2质量保留率为95%。对上述可压缩及回复锂离子电池电极进行测试，在0~90%的压缩形变下相对于未压缩前其比容量保持率为88%，经过500次重复压缩及回复过程，其比容量保持率为78%。
实施例三
本实施例提供一种可压缩及回复锂离子电池电极，包括弹性集流体1、电极活性物质2和聚合物胶态电解质3，所述弹性集流体1为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质2负载于弹性集流体1的孔壁上，所述聚合物胶态电解质3均匀的涂覆于弹性集流体1和电极活性物质2上。所述弹性集流体1可回复压缩形变为98%，经过1000次压缩/回复后，弹性集流体1的体积保持率为98%。所述电极活性物质2在弹性集流体1上均匀负载，负载厚度为7微米。所述聚合物胶态电解质3为固态涂覆层，涂覆层的厚度为1.5微米。所述电极经过形变量为90%的压缩后可回复至原体积的95%，经过压缩及回复过程高弹性三维石墨烯上的电极活性物质2质量保留率为95%。对上述可压缩及回复锂离子电池电极进行测试，在0~90%的压缩形变下相对于未压缩前其比容量保持率为90%，经过500次重复压缩及回复过程，其比容量保持率为80%。

Claims (5)

1.一种可压缩及回复锂离子电池电极，其特征在于：包括弹性集流体（1）、电极活性物质（2）和聚合物胶态电解质（3），所述弹性集流体（1）为高弹性三维石墨烯，所述电极活性物质（2）负载于弹性集流体（1）的孔壁上，所述聚合物胶态电解质（3）均匀的涂覆于弹性集流体（1）和电极活性物质（2）上。
2.如权利要求1所述的一种可压缩及回复锂离子电池电极，其特征在于：所述弹性集流体（1）可回复压缩形变为80~99%，经过1000次压缩/回复后，弹性集流体（1）的体积保持率为90~99%。
3.如权利要求1所述的一种可压缩及回复锂离子电池电极，其特征在于：所述电极活性物质（2）在弹性集流体（1）上均匀负载，负载厚度为1~10微米。
4.如权利要求1所述的一种可压缩及回复锂离子电池电极，其特征在于：所述聚合物胶态电解质（3）为固态涂覆层，涂覆层的厚度为0.1~2微米。
5.如权利要求1所述的一种可压缩及回复锂离子电池电极，其特征在于：所述电极经过形变量为10~90%的压缩后可回复至原体积的80~100%，经过压缩及回复过程高弹性三维石墨烯上的电极活性物质（2）质量保留率为90~100%。
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WO2011111495A1 (ja) * 2010-03-10 2011-09-15 株式会社アルバック ゲル化電解質、この電解質を用いた活物質－電解質複合体及びその作製方法、並びにこの電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池
CN103682368A (zh) * 2012-09-20 2014-03-26 中国科学院金属研究所 一种快充的柔性锂离子电池及其电极的制备方法
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