CN112652737A - 基于碳纤维的复合材料结构电池及手机外壳 - Google Patents

基于碳纤维的复合材料结构电池及手机外壳 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于碳纤维的复合材料结构电池及手机外壳，其中，该结构电池包括改性碳纤维负极和改性碳纤维正极；所述改性碳纤维负极是通过在第一碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第一改性涂覆层而制得的；改性碳纤维正极，所述改性碳纤维正极是通过在第二碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第二改性涂覆层而制得的；所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极层叠铺设并且通过固态电解质完全隔离及形成一体成型结构。该结构电池容量大且界面性能稳定。

Description

基于碳纤维的复合材料结构电池及手机外壳
技术领域
本发明涉及复合材料结构电池技术领域，尤其是涉及一种基于碳纤维的复合材料结构电池及手机外壳。
背景技术
电池作为移动设备(手机，笔记本，无人机和电动车等)的主要能量来源，一般要求具有能量密度高，功率密度大，充放电性能好等优点来满足使用需求。目前，主流的设备厂商选择锂离子电池来充当能量源，通过提高锂离子电池的能量密度和增加电池体积来提高设备续航能力。这两种手段一方面增加了设备的安全风险，另一方面大体积的电池挤占了设备中其他部件的安装空间，限制了结构设计创新，制约了综合性能的提升，因此寻找一种最大限度提高移动设备续航能力且不增加电池所占空间的技术具有重要意义。
结构电池是一种同时具有承载和储能能力的多功能复合材料。早期的结构电池是为了克服当时航空器上电池体积大、质量大的缺点，通过将电池分散在系统结构中，以节约航空航天器上的系统空间，增加有效载荷，受限于当时的技术发展，其本质上是电池与结构的宏观组装。在多年发展中，这种组装结构电池经历了将氢镍电池、锂离子电池和锂聚合物电池充当储能部件的发展路线，然而，由于承载材料与储能材料的分离，其综合性能始终不理想。当前最有前景的是将碳纤维作为结构承载材料和储能材料的多功能复合材料结构电池，这种结构电池中碳纤维提供了超强的机械性能和一定的电化学性能，是将电池与结构进行微观深度融合的一种理想的多功能材料。然而，碳纤维相对较弱的电化学性能是限制这种结构电池综合性能提高的重要原因；同时，充放电过程中锂离子在碳纤维表面脱嵌，会引起界面性能失效。因此，进一步提高结构电池的电化学及界面稳定性是未来发展的重要方向。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于碳纤维的复合材料结构电池，可同时实现复合材料结构电池的容量提升，以及界面性能的可控设计，从而进一步推进其在移动设备的终端应用。
根据本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，包括：
改性碳纤维负极，所述改性碳纤维负极是通过在第一碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第一改性涂覆层而制得的；
改性碳纤维正极，所述改性碳纤维正极是通过在第二碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第二改性涂覆层而制得的；所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极层叠铺设并且通过固态电解质完全隔离及形成一体成型结构。
根据本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池，具有如下的优点：第一、具有超薄、轻质、刚度强度好的优势，可在应用在手机等设备的外壳上，实现设备外壳承载功能的同时进行储能；第二、对碳纤维材料的改性处理，大大提高了碳纤维作为结构电池电极材料的能量密度，提高了结构电池的容量。第三、可将基于碳纤维的复合材料结构电池融合进设备的承载结构(例如手机外壳)，提高了移动设备内部可利用空间，利于减小移动设备体积或提高移动设备续航；第四、将碳纤维同时充当结构电池集流体，减少了结构电池非必要组件，提高了结构电池的鲁棒性，方便基于碳纤维的复合材料结构电池的应用；第五、将固态电解质充当隔膜实现电池正负极材料隔离，减少了结构电池非必要组件，可制造性大大提升。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述第一改性涂覆层由涂覆在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝上的过渡金属氧化物和生长在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝表面上的第一碳纳米管组成。
根据本发明第一方面进一步的实施例，所述改性碳纤维负极是通过如下步骤制得：将所述第一碳纤维布经过洗涤脱浆后，再经过氧化煅烧处理将所述过渡金属氧化物涂敷在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝上并在所述第一碳纤布的所述碳纤维丝的表面上生长出所述第一碳纳米管。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述第二改性涂覆层由生长在所述第二碳纤布的所述碳纤维丝表面的第二碳纳米管和涂覆在所述第二碳纤维布的所述碳纤维丝上的锂金属氧化物组成。
根据本发明第一方面进一步的实施例，所述改性碳纤维正极是通过如下步骤制得：将所述第二碳纤维布经过洗涤脱浆后，采用改进的化学气象沉积法在所述第二碳纤布的所述碳纤维丝上生长出所述第二碳纳米管，并使用电泳方法将所述锂金属氧化物附着在所述第二碳纤维布的所述碳纤维丝表面上。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述固态电解质的设置是通过在所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极层叠铺设后利用真空辅助树脂灌注的方法注入所述固态电解质再固化成型的。
根据本发明第一方面进一步的实施例，所述固态电解质的材料选自石榴石型氧化物固态电解质或聚合物固态电解质。
根据本发明第一方面的一个实施例，还包括负极引出导线和正极引出导线，所述负极引出导线与所述改性碳纤维负极相连，所述正极引出导线与所述改性碳纤维正极相连，所述负极引出导线和所述正极引出导线之间用于连接负载。
本发明第二方面还提出了一种手机外壳。
根据本发明第二方面实施例的手机外壳，所述手机外壳为根据本发明第一方面任意一项实施例所述的基于碳纤维的复合材料结构电池。
根据本发明第二方面的一个实施例，所述手机外壳的制作步骤包括：
分别制作所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极；
将所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极通过层叠的方式，在所述手机外壳对应的模具上铺贴形成层合复合材料，利用所述真空辅助树脂灌注的方法注入所述固态电解质，最终固化形成所述手机外壳。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池的负极改性碳纤维电化学容量测试结果图。
图2为本发明第二方面实施例的手机外壳的示意图，其中，应用了本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池。
图3a为本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池的改性碳纤维负极的改性碳纤维的示意图。
图3b为本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池的改性碳纤维正极的改性碳纤维的示意图。
图4a为本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池中的改性碳纤维负极和改性碳纤维正极的一个基本单元的示意图。
图4b为本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池的结构示意图。
附图标记：
基于碳纤维的复合材料结构电池1000
改性碳纤维负极1
第一碳纤维布的碳纤维丝101
第一改性涂覆层102第一碳纳米管1021过渡金属氧化物1022
负极引出导线103
改性碳纤维正极2
第二碳纤维布的碳纤维丝201
第二改性涂覆层202第二碳纳米管2021锂金属氧化物2022
正极引出导线203
固态电解质3
负载4
手机外壳2000
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图4b来描述本发明实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池1000及手机外壳2000。
如图1至图4b所示，本发明第一方面提出了一种基于碳纤维的复合材料结构电池1000，使用碳纤维作为储能材料，固态电解质3作为基体，进而制备承载/储能一体的复合材料结构电池，并对碳纤维储能材料进行改性以实现高储能容量与界面稳定性。
根据本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池1000，包括改性碳纤维负极1、改性碳纤维正极2和固态电解质3。其中，改性碳纤维负极1是通过在第一碳纤维布的碳纤维丝101上形成外层的第一改性涂覆层102而制得的；改性碳纤维正极2是通过在第二碳纤布的碳纤维丝201上形成外层的第二改性涂覆层202而制得的；改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2层叠铺设并且通过固态电解质3完全隔离及形成一体成型结构。
具体地，改性碳纤维负极1是通过在第一碳纤维布的碳纤维丝101上形成外层的第一改性涂覆层102而制得的；改性碳纤维正极2是通过在第二碳纤布的碳纤维丝201上形成外层的第二改性涂覆层202而制得的。可以理解的是，通过在第一碳纤维布的碳纤维丝101上形成第一改性涂覆层102，对第一碳纤维布的进行了负极改性处理，大大提高了改性碳纤维负极1的能量密度，通过在第二碳纤维布的碳纤维丝201上形成第二改性涂覆层202，对第二碳纤维布的进行了正极改性处理，大大提高了改性碳纤维正极2的能量密度，因而，改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2作为基于碳纤维的复合材料结构电池1000的电极材料，提高了结构电池的容量。同时，将改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2充当基于碳纤维的复合材料结构电池1000集流体，减少了结构电池的必要组件，提高了结构电池的鲁棒性，方便结构电池的应用。
改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2层叠铺设并且通过固态电解质3完全隔离及形成一体成型结构。可以理解的是，固态电解质3可以在电化学反应中传导离子，同时阻隔电子以防止电池发生内部短路；将固态电解质3充当隔膜实现电池正负极材料隔离并形成离子通路，减少了结构电池非必要组件，可制造性大大提升。
根据本发明第一方面实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池1000，具有如下的优点：第一、具有超薄、轻质、刚度强度好的优势，可在应用在手机等设备的外壳上，实现设备外壳承载功能的同时进行储能；第二、对碳纤维材料的改性处理，大大提高了碳纤维作为结构电池电极材料的能量密度，提高了结构电池的容量；以改性碳纤维负极为例，从改性前的143mAh/g提高到改性后的216mAh/g(见附图1)，容量提升了约50％；第三、可将基于碳纤维的复合材料结构电池1000融合进设备的承载结构(例如手机外壳2000)，提高了移动设备内部可利用空间，利于减小移动设备体积或提高移动设备续航；例如，将基于碳纤维的复合材料结构电池1000制备成手机后壳替换原设计(见附图2中)，假设基本尺寸为160×70×0.5mm，可增加手机电池容量约2100mAh；第四、将碳纤维同时充当结构电池集流体，减少了结构电池非必要组件，提高了结构电池的鲁棒性，方便基于碳纤维的复合材料结构电池的应用；第五、将固态电解质3充当隔膜实现电池正负极材料隔离，减少了结构电池非必要组件，可制造性大大提升。
如图3a所示，根据本发明第一方面的一个实施例，第一改性涂覆层102由涂覆在第一碳纤维布的碳纤维丝101上的过渡金属氧化物1022和生长在第一碳纤维布的碳纤维丝101表面上的第一碳纳米管1021组成。可以理解的是，通过将过渡金属氧化物1022涂敷在第一碳纤维布的碳纤维丝101上，形成了能量密度大的改性碳纤维负极1材料；通过在第一碳纤维布的碳纤维丝101的表面上生长出第一碳纳米管1021，可以限制颗粒膨胀所引起的大变形。
根据本发明第一方面进一步的实施例，改性碳纤维负极1是通过如下步骤制得：将第一碳纤维布经过洗涤脱浆后，再经过氧化煅烧处理将过渡金属氧化物1022涂敷在第一碳纤维布的碳纤维丝101上并在第一碳纤布的碳纤维丝的表面上生长出第一碳纳米管1021。可以理解的是，第一碳纤维布选择商业碳纤维布作为基础材料，先进行洗涤脱浆处理，去除表面杂质和上浆剂，然后再经过氧化煅烧处理将过渡金属氧化物1022涂敷在第一碳纤维布的碳纤维丝101上，形成了改性碳纤维负极1材料，通过在第一碳纤维布的碳纤维丝101的表面上生长出第一碳纳米管1021，可以限制颗粒膨胀所引起的大变形；通过该步骤制得的改性碳纤维负极1能量密度大。
如图3b所示，根据本发明第一方面的一个实施例，第二改性涂覆层202由生长在第二碳纤布的碳纤维丝201表面的第二碳纳米管2021和涂敷在第二碳纤维布的碳纤维丝201上的锂金属氧化物2022组成。可以理解的是，通过将锂金属氧化物2022涂敷在第二碳纤维布的碳纤维丝201上，形成了能量密度大的改性碳纤维正极2材料；通过在第二碳纤维布的碳纤维丝201的表面上生长出第二碳纳米管2021，可以限制颗粒膨胀所引起的大变形。
根据本发发明第一方面进一步的实施例，改性碳纤维正极2是通过如下步骤制得：将第二碳纤维布经过洗涤脱浆后，采用改进的化学气象沉积法在第二碳纤布的碳纤维丝201上生长出第二碳纳米管2021，并使用电泳方法将锂金属氧化物2022附着在第二碳纤维布的碳纤维丝201表面上。可以理解的是，第二碳纤维布选择商业碳纤维布作为基础材料，先进行洗涤脱浆处理，去除表面杂质和上浆剂，通过将锂金属氧化物2022涂敷在第二碳纤维布的碳纤维丝201上，形成了能量密度大的改性碳纤维正极2材料，通过在第二碳纤维布的碳纤维丝201的表面上生长出第二碳纳米管2021，可以限制颗粒膨胀所引起的大变形。
需要说明的是，第一碳纤维布和第二碳纤维布可以是单向的碳纤维编制布，也可以是双向的碳纤维编制布。
根据本发明第一方面的一个实施例，固态电解质3的设置是通过在改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2层叠铺设后利用真空辅助树脂灌注的方法注入固态电解质3再固化成型的。可以理解的是，一个改性碳纤维负极1和一个改性碳纤维正极2层叠布置作为一个基本单元(如图4a所示)，可根据实际需要重叠多个基本单元形成层合板复合材料结构，待改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2层叠铺设好后，利用真空辅助树脂灌注的方法注入固态电解质3使得固态电解质3填充于层合板复合材料结构中，使得改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2完全隔离开，并形成离子通道，最后通过固化成型形成结构稳定的基于碳纤维的复合材料结构电池1000。
根据本发明第二方面进一步的实施例，固态电解质3的材料选自石榴石型氧化物固态电解质或聚合物固态电解质3，可以根据实际需求进行选择。
如图4b所示，根据本发明第一方面的一个实施例，还包括负极引出导线103和正极引出导线203，负极引出导线103与改性碳纤维负极1相连，正极引出导线203与改性碳纤维正极2相连，负极引出导线103和正极引出导线203之间用于连接负载4，该负载4例如可以为电压表，电流可根据实际情况从任意一侧的碳纤维丝端面中引出或流入。以图4b为例，该结构电池在放电时的电流流动回路是：改性碳纤维正极2端面→电压表(负载4)→改性碳纤维负极1端面→固态电解质3→改性碳纤维正极2端面。
如图2所示，本发明第二方面还提出了一种手机外壳2000。
根据本发明第二方面实施例的手机外壳2000，手机外壳2000为根据本发明第一方面任意一项实施例的基于碳纤维的复合材料结构电池1000。可以理解的是，由于采用的是本发明第一方面的基于碳纤维的复合材料结构电池1000作为手机外壳2000，因此，本发明第二方面实施例的手机外壳2000也具有本发明第一方面基于碳纤维的复合材料结构电池1000的相同优点。
根据本发明第二方面的一个实施例，手机外壳2000的制作步骤包括：
分别制作改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2；将改性碳纤维负极1和改性碳纤维正极2通过层叠的方式，在手机外壳2000对应的模具上铺贴形成层合复合材料，利用真空辅助树脂灌注的方法注入固态电解质3，最终固化形成手机外壳2000。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，包括：
改性碳纤维负极，所述改性碳纤维负极是通过在第一碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第一改性涂覆层而制得的；
改性碳纤维正极，所述改性碳纤维正极是通过在第二碳纤维布的碳纤维丝上形成外层的第二改性涂覆层而制得的；所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极层叠铺设并且通过固态电解质完全隔离及形成一体成型结构。
2.根据权利要求1所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述第一改性涂覆层由涂覆在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝上的过渡金属氧化物和生长在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝表面上的第一碳纳米管组成。
3.根据权利要求2所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述改性碳纤维负极是通过如下步骤制得：将所述第一碳纤维布经过洗涤脱浆后，再经过氧化煅烧处理将所述过渡金属氧化物涂敷在所述第一碳纤维布的所述碳纤维丝上并在所述第一碳纤布的所述碳纤维丝的表面上生长出所述第一碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述第二改性涂覆层由生长在所述第二碳纤布的所述碳纤维丝表面的第二碳纳米管和涂覆在所述第二碳纤维布的所述碳纤维丝上的锂金属氧化物组成。
5.根据权利要求4所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述改性碳纤维正极是通过如下步骤制得：将所述第二碳纤维布经过洗涤脱浆后，采用改进的化学气象沉积法在所述第二碳纤布的所述碳纤维丝上生长出所述第二碳纳米管，并使用电泳方法将所述锂金属氧化物附着在所述第二碳纤维布的所述碳纤维丝表面上。
6.根据权利要求1所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述固态电解质的设置是通过在所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极层叠铺设后利用真空辅助树脂灌注的方法注入所述固态电解质再固化成型的。
7.根据权利要求6所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，所述固态电解质的材料选自石榴石型氧化物固态电解质或聚合物固态电解质。
8.根据权利要求1所述的基于碳纤维的复合材料结构电池，其特征在于，还包括负极引出导线和正极引出导线，所述负极引出导线与所述改性碳纤维负极相连，所述正极引出导线与所述改性碳纤维正极相连，所述负极引出导线和所述正极引出导线之间用于连接负载。
9.一种手机外壳，其特征在于，所述手机外壳为根据权利要求1-7中任意一项所述的基于碳纤维的复合材料结构电池。
10.根据权利要求9所述的手机外壳，其特征在于，所述手机外壳的制作步骤包括：
分别制作所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极；
将所述改性碳纤维负极和所述改性碳纤维正极通过层叠的方式，在所述手机外壳对应的模具上铺贴形成层合复合材料，利用所述真空辅助树脂灌注的方法注入所述固态电解质，最终固化形成所述手机外壳。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346089A (zh) * 2021-05-19 2021-09-03 电子科技大学 一种一体化电池、结构件、电动车辆及飞行器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62103991A (ja) * 1985-10-30 1987-05-14 Nippon Steel Corp 炭素繊維を正極、ならびに負極とするＬｉ二次電池
CN109265817A (zh) * 2018-07-12 2019-01-25 凌云工业股份有限公司上海凌云汽车研发分公司 碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法
CN111851068A (zh) * 2020-08-12 2020-10-30 四川大学 一种修复改性碳纤维表界面的方法及其用途

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62103991A (ja) * 1985-10-30 1987-05-14 Nippon Steel Corp 炭素繊維を正極、ならびに負極とするＬｉ二次電池
CN109265817A (zh) * 2018-07-12 2019-01-25 凌云工业股份有限公司上海凌云汽车研发分公司 碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法
CN111851068A (zh) * 2020-08-12 2020-10-30 四川大学 一种修复改性碳纤维表界面的方法及其用途

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346089A (zh) * 2021-05-19 2021-09-03 电子科技大学 一种一体化电池、结构件、电动车辆及飞行器

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