CN211670288U - 一种高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池，包括高纯铜网片、电极填料、电解质填料、隔膜，高纯铜网片表面设有将表面划分为三部分的两条槽沟，高纯铜网片表面三部分分布多个网孔，电极填料紧密填充于高纯铜网片表面左右两部分的网孔内作为正极及负极，电解质填料紧密填充于高纯铜网片表面中间部分的网孔内，隔膜分布紧固设置于高纯铜网片表面的两条槽沟。本实用新型具有高性能容量、高导电性强、高倍率强，高强和快速的吸纳液态效果及高效循环性能，能满足快充慢放电的各种需求。

Description

一种高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池

技术领域

本实用新型属于电化学能量存储技术领域，具体涉及一种高性能容量、高导电性强、高倍率强，高强和快速的吸纳液态效果及高效循环性能，能满足快充慢放电的各种需求的高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池。

背景技术

随着科学技术的进展，新能源汽车、便携式电子设备的普及，对作为其能源的电池提出了更高的要求。锂离子电池相比传统的铅酸和镍金属氢化物电池，具有无记忆效应、比容量高、环境友好以及可快速充放电等优点，因此广泛用于储能电池。

石墨烯是一种新型功能碳材料，独特而完美的二维结构赋予了其超高的机械强度、导热导电性能及比表面积，用作锂离子电池负极材料时，不仅具有储锂活性，而且可以降低电荷转移电阻，增加锂离子扩散系数，并最终提高锂离子电池的充/放电性能。但是，传统的石墨烯锂离子电池电极制备工艺通常将石墨烯与导电剂、粘结剂以一定比例均匀混合成电极浆料，人工通过物理涂抹工艺涂覆在集流体表面。由于涂抹的浆料与集流体的物理性质不同，在电极制备时的加热固化及在电池在长期循环充/放电过程中的体积变化，往往因为活性物质与集流体之间结合不够紧密而脱落，并降低电极的循环充/放电寿命。当然，为了解决石墨烯电极活性物质浆料涂抹存在的不足，也有在集流体上采用电沉积法等物理或化学方法在集流体上自组装石墨烯电极活性物质，但也存在诸如制备条件苛刻、获得的石墨烯电极活性层较薄、比容量低，以及难以克服石墨烯电极活性层与集流体物理性质不同的难题，电池的循环性能差。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种高性能容量、高导电性强、高倍率强，高强和快速的吸纳液态效果及高效循环性能，能满足快充慢放电的各种需求的高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池。

本实用新型是这样实现的：包括高纯铜网片、电极填料、电解质填料、隔膜，所述高纯铜网片表面设置有将表面划分为三部分的两条槽沟，所述高纯铜网片表面的三部分分布有多个网孔，所述电极填料紧密填充于高纯铜网片表面左右两部分的网孔内作为正极及负极，所述电解质填料紧密填充于高纯铜网片表面中间部分的网孔内，所述隔膜分布紧固设置于高纯铜网片表面的两条槽沟。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型根据传统铅酸蓄电池的铅结构不稳定和脱落、氧化、充电慢、电流不足、污染大、不可回收等缺点，以及现有技术中石墨烯活性材料通过涂覆、电沉积法等物理或化学方法与集流体结合形成的电极缺陷，创造性的以免粘结剂的石墨烯混合活性材料填充于高纯铜网片的网孔内，不仅填充式结构物理连接更加牢固，而且通过石墨烯固有的机械柔性，可以避免现有技术中形成的石墨烯电极在制备过程因加热固化及电池在长期循环充/放电过程中热膨胀，而造成石墨烯活性物质层与集流体之间结合不够紧密而脱落，从而降低电极制备的合格率，且使电池内阻随循环次数迅速增大，影响电极的循环充/放电寿命。

2、本实用新型以石墨烯混合锂盐作为正极及负极的填充材料，既充分利用石墨烯具有远大于铜箔的比表面积，又利用网孔远大于平面的面积优势，可显著增加铜箔集流体与锂盐活性物质间的接触面积，从而降低锂盐活性物质与铜箔集流体之间的电荷转移界面内阻，增加锂离子的扩散系数，最终提高锂离子电池的充/放电性能；而且填充式的结构可显著增加活性物质的容量，从而增加电池的充电速度和减慢放电的速度及增加整体容量。

3、本实用新型的电极填料、电解质材料均填充于高纯铜网片的网孔内，相比现有技术中的涂覆、电沉积法等物理或化学方法附着于集流体上的结构，在铜箔集流体与锂盐活性物质、电解质材料间的接触面积相当的情况下，可以有效降低电极的厚度，从而提高相同体积电池内电极板的数量，以提高电池的容量，而且也可以在电池容量一定情况下，减小电池的体积以扩大适应范围。

4、本实用新型在并联和/或串联的高纯铜网状基板正极和/或负极连接口设置自动断电保险管，可在电池受到外界撞击时自动断掉基板之间的连接，达到保护电池，电池不易燃、不易爆、不腐蚀。

附图说明

图1为本实用新型之高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池结构示意图；

图2为图1之剖视图；

图中：1-高纯铜网片，2-电极填料，3-电解质填料，4-隔膜，5-槽沟，6-网孔，7-正极层，8-负极层，9-电解质层。

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，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1及图2所示，本实用新型包括高纯铜网片1、电极填料2、电解质填料3、隔膜4，所述高纯铜网片1表面设置有将表面划分为三部分的两条槽沟5，所述高纯铜网片1表面的三部分分布有多个网孔6，所述电极填料2紧密填充于高纯铜网片1表面左右两部分的网孔6内作为正极及负极，所述电解质填料3紧密填充于高纯铜网片1表面中间部分的网孔6内，所述隔膜4分布紧固设置于高纯铜网片1表面的两条槽沟5。

]所述的电极填料2为已知材料石墨烯粉、锂盐、有机溶剂、硝酸钠、高锰酸钾组成的混合填料，其组成质量比为0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～0.7。

所述石墨烯粉的纯度不小于99.99%且细度为6000～12000目，所述锂盐包括钴酸锂、锰酸锂和/或磷酸铁锂，所述有机溶剂为至少两种的有机物按1:1的质量比混合得到，所述高纯铜网片1为铜纯度不小于99.99%的方形、圆形或不规则形状且表面分布有多个网孔6的薄片。

所示硝酸钠和/或高锰酸钾的细度为1200～2000目。

所述电解质填料3为常规锂离子电池固态电解质。

所示有机溶剂中的有机物包括乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、全氯乙烯、苯乙烯。

所述隔膜4的厚度为5～100um，所述隔膜4由聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺和聚酰亚胺，及纤维素、玻璃纤维中的一种制成的多孔薄膜。

所述隔膜4包括聚乙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜。

所述网孔6为圆孔、方孔、菱形孔或不规则孔的通孔或沉头孔，所述网孔6的最大外接圆直径为1～5mm。

本实用新型还包括多张并联或串联已填充电极填料2、电解质填料3及设置隔膜4的高纯铜网片1，所述高纯铜网片1的正极和/或负极连接口设置有自动断电保险管。

所述高纯铜网片1在开槽前依次置于浓度为5％的FeCl₃和HCl稀溶液中浸泡10～30min，然后置于N₂、He、Ar、N₂/He、Ar/H₂气氛下退火处理30～60min，退火温度800～1000℃。

Claims (4)

1.一种高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池，其特征在于包括高纯铜网片（1）、电极填料（2）、电解质填料（3）、隔膜（4），所述高纯铜网片（1）表面设置有将表面划分为三部分的两条槽沟（5），所述高纯铜网片（1）表面的三部分分布有多个网孔（6），所述电极填料（2）紧密填充于高纯铜网片（1）表面左右两部分的网孔（6）内作为正极及负极，所述电解质填料（3）紧密填充于高纯铜网片（1）表面中间部分的网孔（6）内，所述隔膜（4）分布紧固设置于高纯铜网片（1）表面的两条槽沟（5）。

2.根据权利要求1所述高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池，其特征在于所述高纯铜网片（1）为铜纯度不小于99.99%的方形、圆形或不规则形状且表面分布有多个网孔（6）的薄片。

3.根据权利要求2所述高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池，其特征在于所述网孔（6）为圆孔、方孔、菱形孔或不规则孔的通孔或沉头孔，所述网孔（6）的最大外接圆直径为1～5mm。

4.根据权利要求1、2或3所述高纯铜基体石墨烯复合锂离子电池，其特征在于包括多张并联或串联已填充电极填料（2）、电解质填料（3）及设置隔膜（4）的高纯铜网片（1），所述高纯铜网片（1）的正极和/或负极连接口设置有自动断电保险管。

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