CN213692113U - 钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，包括粘结在一起的集流体和铜箔，集流体包括石墨烯层和石墨烯层表面固定的氧化物层，且石墨烯层为三维氧化石墨烯。铜箔的形状为圆柱体、长方体或三棱柱，铜箔的顶面开有供集流体粘结固定的凹槽，铜箔设置为不同形状便于使负极片能适用于多种应用场景中。氧化物层为钴镍双金属氧化物，其更容易制备且具有更好的电化学性能。本实用新型提供了一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其结构简单、设计合理，利用双金属氧化物的负载提高了负极片的电子和离子运输效率，且负极片对集流体进行了稳固固定，便于延长电池的整体使用寿命，具有极高的实际使用价值。

Description

钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片

技术领域

本实用新型涉及电化学新能源技术领域，具体涉及一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片。

背景技术

随着时代的不断发展，如今商业化的可充电锂离子电池己经普遍配备在移动电话、笔记本电脑、新能源汽车等高科技电子产品当中。然而对于不断升级更新的高科技设备，以及新能源汽车、大型储能系统等持续增加的容量要求来说，普通的锂离子电池容量己然到达技术瓶颈，无法满足能量需求。因此高比能量的新型锂电池的研发日益受到人们的重视。

锂金属是锂电池阳极的最终选择，因为它在所有可能的候选物中具有最高的理论容量(3.860 mAh·g^-1或2.061 mAh·cm^-3)和最低的电化学电势(相对于标准氢电极为-3.04V)。然而，这种锂金属电池由于在重复充放电过程，会出现锂枝晶的不受控生长，因而具有较差的循环性能，同时有着较大的安全隐患。随着人们对于高能量密度锂电池的追求，近年来金属锂作为锂电池负极重新受到了广泛的关注，在下一代锂电池体系如Li-LiFePO₄，Li-S，Li-Se，和Li-O₂电池中，金属锂负极是不可缺少的一环。最先进的锂离子电池可以达到约250 Wh·kg^-1的比能量，比汽油的实用价值低一个数量级。一旦阳极被锂取代，锂-LMO电池(其中LMO是锂过渡金属氧化物)可提供约440 Wh·kg^-1的比能。过渡到锂-硫和锂-空气系统可进一步将比能量分别提高至约650 Wh·kg^-1和约950 Wh·kg^-1。就体积能量密度而言，最好的商用锂离子电池已经具有约700 Wh·kg^-1的较高值，但是转移到锂-空气系统将提供大于1100 Wh·kg^-1的实际值，与汽油相当。

对于锂金属来说，在普通的二维铜箔集流体上沉积是不均匀的，而且因为其无宿主的沉积特性导致体积会在循环充放电中不断增大。为了抑制体积变化，研究人员开发三维集流体来为锂的成核找到宿主，还利用它的良好机械强度抵抗体积的变化，提高的锂负极的稳定性。三维导电骨架不仅有效地容纳机械应力，而且可以及时地转移电子，从而减少极化并提高速率能力。三维石墨烯具有石墨烯的特性，例如优异的导电性和良好的机械柔韧性以及其孔隙率的额外特性，通常被用作碳网络来制造锂金属电池的复合电极。然而纯石墨烯的性能相对来说还是有一定的局限，对三维骨架进行表面改性则可以进一步改善结构完整性和导电性。

但目前还仍未有使用这种三维石墨烯制成的负极材料，因此，利用合适的结构制备这种新型负极材料是急需且必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其具有三维构造，表面无序排列的纳米片使负极片具有更大的比表面积，同时其三维构造有利于电子和离子在电极片与电解液之间的快速传输，提高导电效率。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，包括粘结在一起的集流体和铜箔，所述集流体包括石墨烯层和石墨烯层表面固定的氧化物层，且石墨烯层为三维氧化石墨烯。

所述铜箔的形状为圆柱体、长方体或三棱柱，铜箔的顶面开有供集流体粘结固定的凹槽，铜箔设置为不同形状便于使负极片能适用于多种应用场景中。

所述凹槽的横截面形状为圆形或正方形、且其面积比集流体横截面的面积大1/15-1/10，凹槽的纵深比集流体的厚度大1/10-1/8，凹槽的总体积大于集流体的体积保证预留出铜箔与集流体之间设置的粘合剂的厚度，确保固定效果。

所述铜箔和集流体之间通过粘合剂粘结固定，有效将集流体固定在铜箔的凹槽处。

所述氧化物层为双金属氧化物，双金属氧化物有利于电子和离子的运输，使装置整体具有优良的电化学性能。

所述双金属氧化物为钴镍双金属氧化物，其更容易制备且具有更好的电化学性能。

所述石墨烯层厚度为5nm-15nm，氧化物层厚度为15nm-30nm。

本实用新型使用的材料均为现有材料，在此不再赘述。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其结构简单、设计合理，利用双金属氧化物的负载提高了负极片的电子和离子运输效率，且负极片对集流体进行了稳固固定，便于延长电池的整体使用寿命，具有极高的实际使用价值。

附图说明

图1是负极片的结构示意图；

图2是集流体的结构示意图；

其中，1.集流体；11.石墨烯层；12.氧化物层；2.铜箔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1、图2所示，钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，包括粘结在一起的集流体1和铜箔2。铜箔2的形状为圆柱体、长方体或三棱柱，铜箔2的顶面开有供集流体1粘结固定的凹槽，铜箔2设置为不同形状便于使负极片能适用于多种应用场景中。凹槽的横截面形状为圆形或正方形、且其面积比集流体1横截面的面积大1/15-1/10，凹槽的纵深比集流体1的厚度大1/10-1/8，凹槽的总体积大于集流体1的体积，保证预留出铜箔2与集流体1之间设置的粘合剂的厚度，确保固定效果。

集流体1包括石墨烯层11和石墨烯层11表面固定的氧化物层12，石墨烯层11为三围氧化石墨烯。氧化物层12为双金属氧化物，具体为钴镍双金属氧化物，有利于电子和离子的运输，使装置整体具有优良的电化学性能。石墨烯层11的厚度为5nm-15nm，氧化物层12厚度为15nm-30nm。

铜箔和集流体之间通过粘合剂粘结固定，粘合剂为常用粘合剂，有效将集流体固定在铜箔的凹槽处。

具体制作时，先将氧化物层12固定在石墨烯层11表面组成集流体1，同时混匀粘合剂，在集流体1外部均匀涂抹粘合剂，根据电池形状选择铜箔2的形状，并将集流体1固定在铜箔2顶面的凹槽处，即完后负极片的组装。

本实用新型提供的负极片应用于锂金属电池中，可以有效抑制锂金属负极在循环过程中的膨胀，同时调控锂金属的均匀沉积/剥离。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，包括粘结在一起的集流体和铜箔，其特征是，所述集流体包括石墨烯层和石墨烯层表面固定的氧化物层，且石墨烯层为三维氧化石墨烯。

2.如权利要求1所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述铜箔的形状为圆柱体、长方体或三棱柱，铜箔的顶面开有供集流体粘结固定的凹槽。

3.如权利要求2所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述凹槽的横截面形状为圆形或正方形、且其面积比集流体横截面的面积大1/15-1/10，凹槽的纵深比集流体的厚度大1/10-1/8。

4.如权利要求1所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述铜箔和集流体之间通过粘合剂粘结固定。

5.如权利要求1所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述氧化物层为双金属氧化物。

6.如权利要求5所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述双金属氧化物为钴镍双金属氧化物。

7.如权利要求5所述的钴镍双金属氧化物负载石墨烯的负极片，其特征是，所述石墨烯层厚度为5nm-15nm，氧化物层厚度为15nm-30nm。

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