CN207303231U - 一种石墨烯锂离子负极极片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石墨烯锂离子负极极片，负极极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层为硅基负极活性材料，负极集流体和负极活性材料层均设置成相互匹配的凹凸结构，所述负极材料层的外侧还包覆一层石墨烯层；本实用新型的负极极片具有较高的比容量，能够有效缓解硅材料在充放电过程的膨胀和收缩，在负极材料上涂覆一层石墨烯层，具有较高的电荷载流子迁移率，能够提高整个负极的电导率，实现电池快速的充放电，且能够防止在充放电过程中负极材料表面上的固体电解质界面膜(SEI)的厚度的增加，防止充放电容量的降低，提高电池的循环性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池领域，涉及一种石墨烯锂离子负极极片。
背景技术
我国动力型锂离子电池的研究正处于高速发展阶段。锂离子电池从小型电子产品应用领域转向大功率的动力锂电领域，同时对锂离子电池的负极材料提出了新的要求。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上影响着锂离子电池的整体性能。目前，商业化的锂离子电池负极材料通常为石墨化碳材料比容量低，高倍率充放电性能较差且存在安全隐患，已无法满足更高比容量和安全性要求。因此，开发比容量高、循环性能好、充放电性能优异的新型锂离子电池负极材料成为迫切需要。硅的嵌锂电位低，且在目前已知的材料中比容量最高(4200mAh.g-1)，远大于石墨的理论容量；同时硅较石墨作为负极更为安全可靠，所以在业界范围内得到广泛的研究。
尽管硅的容量要高出碳十倍之多，由于巨大的体积效应造成硅基负极材料在脱/嵌锂过程中容量快速衰减，电极循环性能迅速下降，极大阻碍了其商业化的进程。
石墨烯室温下具有较高的电荷载流子迁移率，超好的热稳定性及热导电性，超高的杨氏模量，超大的理论比表面积。由于石墨烯具有独特的性能，在能量储存和转换领域石墨烯材料具有较大的使用潜力。但是，如何将石墨烯应用到锂电池中，是需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种石墨烯锂离子负极极片，所述石墨烯锂离子负极极片的技术方案是这样实现的：
一种石墨烯锂离子负极极片，所述负极极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层为硅基负极活性材料，所述负极集流体包括集流体水平部分和与水平部分垂直的集流体凸起部分，所述负极活性材料层包括与负极集流体水平部分基本平行的公共部分以及与公共部分相垂直且与集流体凸起部分相互匹配的凸起部分，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分均是相互间隔均匀设置的，所述负极材料层凸起部分和公共部分的外侧还包覆一层石墨烯层。
优选的，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分的形状可以是锥形、圆柱形或棱柱形的一种。
进一步优选的，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分是圆柱形的且所述圆柱形的边缘均是光滑设置的。
优选的，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分的高度是150～350nm。
优选的，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分之间的间距为350～450nm。
优选的，所述负极集流体为铝箔或镍箔。
进一步的，所述负极极片可以做成双极片结构，即所述负极集流体两侧的结构是对称布置的。
更进一步的，所述负极极片适用于堆叠结构或卷绕结构的锂离子电池。
本实用新型的负极极片具有较高的比容量，将集流体设置成凹凸结构，不但能够增加其比表面积，还能够增加其集电效果，将负极活性材料层设置成凹凸结构，能够有效缓解硅材料在充放电过程的膨胀和收缩，同时在负极材料上涂覆一层石墨烯层，具有较高的电荷载流子迁移率，能够提高整个负极的电导率，实现电池快速的充放电，且能够防止在充放电过程中负极材料表面上的固体电解质界面膜(SEI)的厚度的增加，防止充放电容量的降低，提高电池的循环性能。
附图说明
图1为本实用新型石墨烯锂离子负极极片的结构示意图；
图2为本实用新型石墨烯锂离子负极极片的另个一实施例的结构示意图。
附图标记：1-负极集流体，11-集流体水平部分，12-集流体凸起部分，2-负极活性材料层，21-公共部分，22-负极活性材料凸起部分，3-石墨烯层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，一种石墨烯锂离子负极极片，所述负极极片包括负极集流体1以及涂覆在负极集流体1上的负极活性材料层2，所述负极活性材料层2为硅基负极活性材料，所述负极集流体1包括集流体水平部分11和与水平部分11垂直的集流体凸起部分12，所述负极活性材料层2包括与负极集流体水平部分11基本平行的公共部分21以及与公共部分21相垂直且与集流体凸起部分12相互匹配的凸起部分22，所述集流体凸起部分12和负极活性材料凸起部分22均是相互间隔均匀设置的，所述负极材料层凸起部分22和公共部分21的外侧还包覆一层石墨烯层3。
具体实施时，所述集流体凸起部分12和负极活性材料凸起部分22的形状可以是锥形、圆柱形或棱柱形的一种。
优选的，所述集流体凸起部分12和负极活性材料凸起部分22是圆柱形的且所述圆柱形的边缘均是光滑设置的。
具体实施时，所述集流体凸起部分12和负极活性材料凸起部分22的高度是150～350nm。
具体实施时，所述集流体凸起部分12和负极活性材料凸起部分22之间的间距为350～450nm。
优选的，所述负极集流体1为铝箔或镍箔。
本石墨烯锂离子负极极片的另一个实施例，如图2所示，所述负极极片可以做成双极片结构，即所述负极集流体1两侧的结构是对称布置的。
更进一步的，所述负极极片适用于堆叠结构或卷绕结构的锂离子电池。
本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上，熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示而作出不背离本实用新型实质的替换及修饰，因此，本实用新型保护范围不限于实施例所揭示的内容，也包括各种不背离本实用新型实质的替换及修饰。
Claims (8)
1.一种石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述负极极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层为硅基负极活性材料，所述负极集流体包括集流体水平部分和与水平部分垂直的集流体凸起部分，所述负极活性材料层包括与负极集流体水平部分平行的公共部分以及与公共部分相垂直且与集流体凸起部分相互匹配的凸起部分，所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分均是相互间隔均匀设置的，所述负极材料层凸起部分和公共部分的外侧还包覆一层石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分的形状可以是锥形、圆柱形或棱柱形的一种。
3.根据权利要求2所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分是圆柱形的且所述圆柱形的边缘均是光滑设置的。
4.根据权利要求1所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分的高度是150～350nm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述集流体凸起部分和负极活性材料凸起部分之间的间距为350～450nm。
6.根据权利要求1所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述负极集流体为铝箔或镍箔。
7.根据权利要求1所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述负极极片可以做成双极片结构，即所述负极集流体两侧的结构是对称布置的。
8.根据权利要求7所述的石墨烯锂离子负极极片，其特征在于：所述负极极片适用于堆叠结构或卷绕结构的锂离子电池。
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