[實(shí)用新型]一種石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420206415.X
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN203910910U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林杰;陳明億;王維綱;侯則良
• 申請（專利權(quán)）人: 福建省諾希新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/134
• 代理公司: 福州市鼓樓區(qū)鼎興專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35217
• 代理人: 劉毅峰

技術(shù)領(lǐng)域

?本實(shí)用新型屬于電池陽極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯/硅復(fù)合陽極材料。

背景技術(shù)

在日常生活中，消費(fèi)型電子產(chǎn)品扮演不可或缺之角色，而隨著近年無線裝置商品之使用量不斷劇增，可穩(wěn)定提供電源之儲能材料為無法忽視之議題，其中，高電容量之鋰離子電池(lithium?ion?batteries，簡稱：LIBs)即為發(fā)展之重點(diǎn)。但是，目前商用之鋰離子電池大都以石墨(graphite)或硅(silicon)做為陽極，然石墨的理論電容量僅為374?mAh/g，限制了電池的電化學(xué)特性；硅的理論電容量雖然可達(dá)4200?mAh/g，然其在充放電過程中體積會發(fā)生劇烈變化，易造成電極結(jié)構(gòu)破壞而大幅降低其電容量。?

2012年Ji等人(Nano?Energy.?2012,?1,?164)將石墨烯(graphene)溶液通過抽氣過濾形成薄膜，并將其轉(zhuǎn)印至銅箔電流收集器上，進(jìn)而再通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積的方法在電流收集器的表面轉(zhuǎn)印數(shù)層硅導(dǎo)電薄膜，成功制備了硅/石墨烯多層膜復(fù)合陽極材料，但是，此硅/石墨烯多層膜復(fù)合陽極材料結(jié)構(gòu)存在如下缺點(diǎn)：（1）硅/石墨烯多層膜復(fù)合陽極材料由緊挨電流收集器的一層石墨烯導(dǎo)電薄膜和疊加在石墨烯導(dǎo)電薄膜上方的若干層硅導(dǎo)電薄膜組成，石墨烯導(dǎo)電薄膜與硅導(dǎo)電薄膜的接觸面積小，使得石墨烯導(dǎo)電薄膜限制硅導(dǎo)電薄膜在充、放電過程中出現(xiàn)體積膨脹、收縮現(xiàn)象的能力較差，電池的使用壽命短；（2）硅/石墨烯多層膜復(fù)合陽極材料的遠(yuǎn)離電流收集器的一層薄膜為硅導(dǎo)電薄膜，硅導(dǎo)電薄膜暴露在外，容易形成不具有導(dǎo)電能力的氧化硅層。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型旨在提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料的體積變化大、使用壽命短問題的新型石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料。

一種石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料，包括鍍于金屬電極表面的石墨烯導(dǎo)電薄膜和硅導(dǎo)電薄膜，石墨烯導(dǎo)電薄膜和硅導(dǎo)電薄膜的層數(shù)均≥2層，石墨烯導(dǎo)電薄膜與硅導(dǎo)電薄膜交替疊加排列。

本實(shí)用新型的石墨烯導(dǎo)電薄膜和硅導(dǎo)電薄膜的層數(shù)均超過2層，且，石墨烯導(dǎo)電薄膜與硅導(dǎo)電薄膜交替疊加排列，石墨烯導(dǎo)電薄膜會對硅導(dǎo)電薄膜的膨脹或收縮進(jìn)行限制，使得硅導(dǎo)電薄膜不易因膨脹、收縮而崩解，延長石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料以及由其制作的鋰電池的使用壽命；并且，石墨烯導(dǎo)電薄膜可對硅導(dǎo)電薄膜產(chǎn)生張應(yīng)力，即硅的晶格結(jié)構(gòu)會受到石墨烯導(dǎo)電薄膜的牽引，硅原子的晶格間距會變大，更有利于鋰離子的進(jìn)出。

緊挨金屬電極的第一層薄膜為石墨烯導(dǎo)電薄膜，使得與金屬電極表面直接接觸的薄膜為石墨烯導(dǎo)電薄膜、而非硅導(dǎo)電薄膜，降低了陽極材料與金屬電極的接觸阻力。

導(dǎo)電薄膜總層數(shù)優(yōu)選為5~10層，每層石墨烯或硅導(dǎo)電薄膜的厚度均為100~500?nm。通過對導(dǎo)電薄膜的厚度和層數(shù)同時進(jìn)行限定，可將電池薄型化或微小化，并且，可進(jìn)一步降低充放電過程中復(fù)合陽極材料的體積變化，另外，可避免導(dǎo)電薄膜厚度過高，因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力關(guān)系相鄰導(dǎo)電薄膜之間以及薄膜與金屬電極之間發(fā)生剝離。

遠(yuǎn)離金屬電極的最后一層薄膜為石墨烯導(dǎo)電薄膜，可防止硅導(dǎo)電薄膜因接觸空氣而氧化成不具有導(dǎo)電活性的二氧化硅。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A部分的放大圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖具體說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式：

如圖1所示，一種石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料，包括鍍于金屬電極1表面的石墨烯導(dǎo)電薄膜2和硅導(dǎo)電薄膜3，石墨烯導(dǎo)電薄膜2和硅導(dǎo)電薄膜3的層數(shù)均≥2層，石墨烯導(dǎo)電薄膜2與硅導(dǎo)電薄膜3交替疊加排列。

本實(shí)用新型的石墨烯導(dǎo)電薄膜2和硅導(dǎo)電薄膜3的層數(shù)均超過2層，且，石墨烯導(dǎo)電薄膜2與硅導(dǎo)電薄膜3交替疊加排列，石墨烯導(dǎo)電薄膜2會對硅導(dǎo)電薄膜3的膨脹或收縮進(jìn)行限制，使得硅導(dǎo)電薄膜3不易因膨脹、收縮而崩解，延長石墨烯/硅多層膜復(fù)合陽極材料以及由其制作的鋰電池的使用壽命；并且，石墨烯導(dǎo)電薄膜2可對硅導(dǎo)電薄膜3產(chǎn)生張應(yīng)力，即硅的晶格結(jié)構(gòu)會受到石墨烯導(dǎo)電薄膜2的牽引，硅原子的晶格間距會變大，更有利于鋰離子的進(jìn)出。

如圖1所示，緊挨金屬電極1的第一層薄膜21為石墨烯導(dǎo)電薄膜，使得與金屬電極表面直接接觸的薄膜為石墨烯導(dǎo)電薄膜、而非硅導(dǎo)電薄膜，降低了陽極材料與金屬電極的接觸阻力。