CN204361191U - 一种高密度石墨烯锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高密度石墨烯锂电池。解决的技术问题是提供一种高密度石墨烯锂电池。提供了这样一种高密度石墨烯锂电池，包括有隔膜、正极集流体导电层、石墨烯层Ⅰ、石墨烯层Ⅱ、负极集流体导电层；隔膜与正极集流体导电层相连接，正极集流体导电层设置在对称折叠后的隔膜的中间位置上；隔膜与负极集流体导电层相连接；负极集流体导电层覆盖在对称折叠后的隔膜的内表面上；在正极集流体导电层上间隔设置有石墨烯层Ⅰ，在负极集流体导电层上间隔设置有石墨烯层Ⅱ。提供的一种高密度石墨烯锂电池，能够加大能量储存密度，增加存储容量，能够增强耐腐蚀性，缩短充电时间，延长使用寿命，绿色环保，不含有毒物质。

Description

一种高密度石墨烯锂电池

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高密度石墨烯锂电池。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，高于碳纳米管和金刚石，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

石墨烯是一种只有一个原子厚的二维碳膜，的确是一种令人惊讶的材料。石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来神奇材料的风范。由于碳原子之间化学键的特性，石墨烯很顽强，可以弯曲到很大角度而不断裂，还能抵抗很高的压力。而因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，为它带来了全新的电学属性。石墨烯在可见光下透明，但不透气。这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料。它是迄今为止世界上已知材料中最轻、最薄、最硬的韧性材料，具有高导电、高强度、高导热、高比表面积等特点。

石墨烯电池之所以充放电速度快、储能大，就是利用了石墨烯材料的高比表面积、高导电特性，石墨烯材料的导电性能是铜的10至100倍。传统锂电池如果快速充放电，必然导致电流增大，而电流过大会引起电池发热而缩短使用寿命，甚至引发爆炸。利用石墨烯的特性将其添加到锂电池的正负极材料中，有望解决这一弊端。

锂电池的工作过程，就是锂离子从正极到负极往返摆动的过程。把石墨烯添加到正极材料中，可以提高正极材料的导电能力，增加电池的放电倍率，加快电池的充放电速度。把石墨烯添加到负极材料中，则可以提高容纳锂离子的能力，增加储电容量。

现有的普通锂电池，能量储存密度小，存储的能量少，电极与电解液接触表面的电阻高，电解液对电极材料的腐蚀性大，导电性差，使用寿命短，严重影响了锂电池的推广和应用。

实用新型内容

（1）要解决的技术问题

本实用新型为了克服现有的普通锂电池，能量储存密度小，存储的能量少的缺点，本实用新型要解决的技术问题是提供一种高密度石墨烯锂电池。

（2）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了这样一种高密度石墨烯锂电池，包括有隔膜、正极集流体导电层、石墨烯层Ⅰ、石墨烯层Ⅱ、负极集流体导电层；

所述的隔膜、所述的正极集流体导电层、所述的负极集流体导电层均为条状；所述的隔膜与所述的正极集流体导电层相连接，所述的正极集流体导电层设置在对称折叠后的所述的隔膜的中间位置上；所述的隔膜与所述的负极集流体导电层相连接；所述的负极集流体导电层覆盖在对称折叠后的所述的隔膜的内表面上；

在所述的正极集流体导电层上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅰ，在所述的负极集流体导电层上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅱ；所述的石墨烯层Ⅰ与所述的石墨烯层Ⅱ为水平平行设置。

工作原理：锂电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。

锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

在本实用新型中，在正极集流体导电层和负极集流体导电层上分别涂有石墨烯层Ⅰ和石墨烯层Ⅱ。石墨烯层Ⅰ能够提高正极集流体导电层的导电能力，增加锂电池的放电倍率，加快锂电池的充放电速度。石墨烯层Ⅱ能够提高负极集流体导电层容纳锂离子的能力，增加锂电池的储存容量。石墨烯层Ⅰ和石墨烯层Ⅱ还能够降低锂电池的电阻，同时还能够增强正极集流体导电层和负极集流体导电层对电解液的耐腐蚀性能。

（3）有益效果

本实用新型所提供的一种高密度石墨烯锂电池，将石墨烯涂在导电层上，能够降低锂电池的电阻，提高导电层的导电性，能够加大锂电池的能量储存密度，增加锂电池的存储容量，能够增强导电层的耐腐蚀性，缩短锂电池的充电时间，延长锂电池的使用寿命，绿色环保，不含有毒有害重金属元素和物质。

附图说明

图1为本实用新型的主视图剖视结构示意图。

附图中的标记为：1-隔膜，2-正极集流体导电层，3-石墨烯层Ⅰ，4-石墨烯层Ⅱ，5-负极集流体导电层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

一种高密度石墨烯锂电池，如图1所示，包括有隔膜1、正极集流体导电层2、石墨烯层Ⅰ3、石墨烯层Ⅱ4、负极集流体导电层5；所述的隔膜1、所述的正极集流体导电层2、所述的负极集流体导电层5均为条状；所述的隔膜1与所述的正极集流体导电层2相连接，所述的正极集流体导电层2设置在对称折叠后的所述的隔膜1的中间位置上。

所述的隔膜1与所述的负极集流体导电层5相连接；所述的负极集流体导电层5覆盖在对称折叠后的所述的隔膜1的内表面上；在所述的正极集流体导电层2上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅰ3，在所述的负极集流体导电层5上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅱ4；所述的石墨烯层Ⅰ3与所述的石墨烯层Ⅱ4为水平平行设置。

工作原理：锂电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。

锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时即我们使用电池的过程，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

在本实用新型中，在正极集流体导电层2和负极集流体导电层5上分别涂有石墨烯层Ⅰ3和石墨烯层Ⅱ4。石墨烯层Ⅰ3能够提高正极集流体导电层2的导电能力，增加锂电池的放电倍率，加快锂电池的充放电速度。石墨烯层Ⅱ4能够提高负极集流体导电层5容纳锂离子的能力，增加锂电池的储存容量。石墨烯层Ⅰ3和石墨烯层Ⅱ4还能够降低锂电池的电阻，同时还能够增强正极集流体导电层2和负极集流体导电层5对电解液的耐腐蚀性能。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种高密度石墨烯锂电池，其特征在于，包括有隔膜（1）、正极集流体导电层（2）、石墨烯层Ⅰ（3）、石墨烯层Ⅱ（4）、负极集流体导电层（5）；

所述的隔膜（1）、所述的正极集流体导电层（2）、所述的负极集流体导电层（5）均为条状；所述的隔膜（1）与所述的正极集流体导电层（2）相连接，所述的正极集流体导电层（2）设置在对称折叠后的所述的隔膜（1）的中间位置上；所述的隔膜（1）与所述的负极集流体导电层（5）相连接；所述的负极集流体导电层（5）覆盖在对称折叠后的所述的隔膜（1）的内表面上；

在所述的正极集流体导电层（2）上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅰ（3），在所述的负极集流体导电层（5）上间隔设置有所述的石墨烯层Ⅱ（4）；所述的石墨烯层Ⅰ（3）与所述的石墨烯层Ⅱ（4）为水平平行设置。