CN212485369U - 一种锂离子电池的柔性负极及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂离子电池的柔性负极及锂离子电池，柔性负极包括碳系导电薄膜与柔性导电基底，碳系导电薄膜制备于柔性导电基底上，碳系导电薄膜的厚度为10nm～1μm，碳系导电薄膜为纯碳膜，碳系导电薄膜包括导电炭黑、石墨类、碳纳米管、C60。该柔性导电基底上制备的碳系导电薄膜适用于多种形式的锂离子电池，具有普遍适用性，且电化学稳定性高，从而使电池的安全性得以显著提升；大大降低了电池的质量，同时使锂电池更加便携。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锂离子电池的柔性负极及锂离子电池，属于可充放的高比能二次电池技术领域。
背景技术
锂离子电池作为当代最重要的储能系统之一，已经发展了50多年，今年问鼎了诺贝尔化学奖。原来经常发生爆炸等事故，现在已经很好地应用于各种电子器件，传统的锂离子电池已经走入了每个人的生活。随着我国经济的快速发展，对电池新材料的需求不断增加，再加上手机、笔记本电脑、平板电脑、电子手表和各种智能化便携电子设备对新型、高效、环保电池的强劲需求，世界上电池新材料不断涌现。锂离子电池作为未来发展方向，将更趋近于安全稳定，轻便便携，电极材料是锂离子电池中的核心关键材料，因此，电极材料要求具有安全稳定，轻便便携、成本低廉且高适用性等特性。
目前已经市场化了的锂离子电池的负极材料包括锡基材料、锂基材料、钛酸锂、碳纳米材料、石墨烯材料等产品，但是其化学性质不稳定，存在一些安全隐患，容易发生爆炸，造成人员和财产损失，能量密度低，所以不轻质便携，不利于其在可穿戴或者是便携式电子设备上使用，并且生产工艺相对复杂，提高了成本，降低了可重复性，并且其适用性较低，一般适合使用在固态纽扣式锂离子电池当中。碳系导电材料具有良好的导电性、化学稳定性、密度小、价格低廉等特点，采用物理方法可以快捷有效地使其沉积在柔性导电基底上，获得超薄碳基负极薄膜材料，是一种很好的锂离子电池的电极材料。但是现有碳材料制作的锂离子电池容量小，且电池内部缺陷较多，不利于其工业化生产。
实用新型内容
本实用新型目的是针对解决上述的技术现状，而提供一种可控性强、适合柔性集流体、低成本低能耗的稳定且轻质的柔性负极及锂离子电池。
本实用新型技术方案如下：
一种锂离子电池的柔性负极，包括碳系导电薄膜与柔性导电基底，碳系导电薄膜制备于柔性导电基底上，碳系导电薄膜的厚度为10nm～1μm，碳系导电薄膜为纯碳膜。
在其中一实施例中，所述的碳系导电薄膜的材质为导电炭黑、石墨类、碳纳米管、C60中的一种。
在其中一实施例中，所述的柔性导电基底的材质为铜箔、铝箔、柔性导电玻璃、PET或PEN。
在其中一实施例中，所述的碳系导电薄膜由碳系负极材料通过旋涂法、刮涂法或真空蒸镀法制备于柔性导电基底上。
一种锂离子电池，为按照金属锂、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的固态纽扣锂离子电池，或者按照锂箔、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的柔性锂离子电池，或者按照锂箔、锂磷氧氮化物电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的超薄锂离子电池，其中，所述的碳系导电薄膜电极为如上所述的柔性负极。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点及突出性效果：本实用新型采用物理方法的方法把碳系负极材料制备于柔性导电基底上，作为锂离子电池的负极。本实用新型可用于多种形式的锂离子电池，具有普遍适用性，且电化学稳定性高，从而使电池的安全性得以显著提升；大大降低了电池的质量，同时使锂电池更加便携，碳系负极材料具有高的离子迁移率，提高了电池的充放电速度。本实用新型的柔性负极的活性物质为纯碳膜，导电性能优异且相对于传统涂布方法制备的负极材料结构更稳定。此外，本实用新型制备的柔性碳基负极可以获得纳米级别的活性物质，可以给电池系统中预留更多空间，利于限制电池能量密度的正极活性物质的增加，可以促进电池设计的发展。
附图说明
图1为本实用新型提供的柔性负极的结构示意图。
图2为本实用新型提供的一种固态纽扣式锂离子电池的的结构原理示意图。
图3为实施例1获得的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的首次充放电曲线图。
图4为实施例1获得的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的循环性能曲线图。
图5为实施例2获得的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的循环性能曲线图。
图6为实施例3获得的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的循环性能曲线图。
其中：1-负极壳；2-泡沫镍；3-金属锂；4-隔膜；5-碳系负极材料；6-集流体； 7-正极壳
具体实施方式
下面结合几个具体实例对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下的实施例。
实施例1至3均为按照金属锂、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的固态纽扣锂离子电池。如图1、图2所示，锂离子电池包括负极壳1与正极壳7，负极壳1与正极壳7形成一纽扣形收容空间，泡沫镍2、金属锂3、隔膜4、碳系负极材料5、集流体6依顺序收容于收容空间中。
碳系负极材料5可为导电炭黑、石墨类、碳纳米管、C60中的一种。碳系负极材料5制备于柔性导电基底上形成碳系导电薄膜，厚度为10nm～1μm。
集流体6可为柔性导电基底，材质为铜箔、铝箔、柔性导电玻璃、PET或PEN。
当然，锂离子电池也可为按照锂箔、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装柔性锂离子电池，或者按照锂箔、锂磷氧氮化物电解质 (LiPON)、碳系导电薄膜电极的顺序组装超薄锂离子电池。
实施例1：组装金属锂/电解质/隔膜/电解质/碳系导电薄膜电极的固态纽扣锂离子电池，测试温度为30℃。碳系导电薄膜选用C60材料，采用真空蒸镀的方法沉积(温度在420℃，蒸镀时间为40分钟)在柔性导电铜箔上，作为固态纽扣锂离子电池的负极材料。制备的固态纽扣锂离子电池在0.1C循环下，首次充放电曲线如图3所示，首次放电比容量为580mAh g-1，放电电压平台在1.0V；在0.1C倍率下的循环性能如图4所示，经过200次循环，其放电比容量为202mAh g-1。
实施例2：组装金属锂/电解质/隔膜/电解质/碳系导电薄膜电极的固态纽扣锂离子电池，测试温度为30℃。碳系导电薄膜选用C60材料，采用旋涂的方法沉积 (采用动态滴胶方式旋涂，低速段按照500转/分钟旋涂60秒，高速段速度为10000 转/分钟，高速旋涂时间在30秒)在柔性导电铜箔上，作为固态纽扣锂离子电池的负极材料。制备的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的循环性能如图5所示，经过200次循环，其放电比容量为175mAh g-1。
实施例3：组装金属锂/电解质/隔膜/电解质/碳系导电薄膜电极的固态纽扣锂离子电池，测试温度为30℃。碳系导电薄膜选用碳纤维和C60质量比1:1复合，采用旋涂的方法沉积(采用动态滴胶方式旋涂，低速段按照500转/分钟旋涂60 秒，高速段速度为10000转/分钟，高速旋涂时间在30秒)在柔性导电铜箔上，作为固态纽扣锂离子电池的负极材料。制备的固态纽扣锂离子电池在0.1C倍率下的循环性能如图6所示，经过148次循环，其放电比容量为214mAh g-1。
Claims (5)
1.一种锂离子电池的柔性负极，其特征在于，包括碳系导电薄膜与柔性导电基底，碳系导电薄膜制备于柔性导电基底上，碳系导电薄膜的厚度为10nm～1μm，碳系导电薄膜为纯碳膜。
2.根据权利要求1所述的柔性负极，其特征在于，所述的碳系导电薄膜的材质为导电炭黑、石墨类、碳纳米管、C60中的一种。
3.根据权利要求1所述的柔性负极，其特征在于，所述的柔性导电基底的材质为铜箔、铝箔、柔性导电玻璃、PET或PEN。
4.根据权利要求1所述的柔性负极，其特征在于，所述的碳系导电薄膜为由碳系负极材料通过旋涂法、刮涂法或真空蒸镀法制备于柔性导电基底上。
5.一种锂离子电池，其特征在于，为按照金属锂、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的固态纽扣锂离子电池，或者按照锂箔、电解质、隔膜、电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的柔性锂离子电池，或者按照锂箔、锂磷氧氮化物电解质、碳系导电薄膜电极的顺序组装而成的超薄锂离子电池，其中，所述的碳系导电薄膜电极为权利要求1至4中任一所述的柔性负极。
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