[發(fā)明專利]一種柔性鋰離子電池負(fù)極及其制備方法和柔性鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611031511.5
• 申請(qǐng)日: 2016-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN106784615B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張晗;王任衡;張家宜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/131
• 分類號(hào): H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池負(fù)極，包括多孔碳納米纖維薄膜，以及負(fù)載在所述多孔碳納米纖維薄膜上的負(fù)極活性材料和黑磷納米顆粒，所述多孔碳納米纖維薄膜由多根多孔碳納米纖維構(gòu)成。該柔性鋰離子電池負(fù)極導(dǎo)電性好，容量高，質(zhì)輕，可彎折性能強(qiáng)，可提高鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能、倍率性能和快充性能。本發(fā)明還提供了該柔性鋰離子電池負(fù)極的制備方法和包括該柔性鋰離子電池負(fù)極的柔性鋰離子電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性鋰離子電池負(fù)極及其制備方法和柔性鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)電子器件的性能要求越來越高。近年來，柔性/可折疊電子器件的研究備受矚目，便攜式移動(dòng)電子產(chǎn)品也正在向“可彎曲”的方向發(fā)展。可折疊或可彎曲的便攜電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、平板電腦以及手機(jī)等將很快成為下一代電子產(chǎn)品主流，并且極大影響和改變我們的生活方式。但柔性電子產(chǎn)品的應(yīng)用必須有柔性的電池配合使用，因此如何將柔性構(gòu)建的思路與基于納米材料的鋰離子電池相結(jié)合來獲得高性能、優(yōu)良彎折穩(wěn)定性的鋰離子電池是柔性電子產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵，也成為研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，柔性負(fù)極設(shè)計(jì)主要是采用碳納米管、碳纖維或石墨烯納米片等碳材料物理搭接而成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)薄膜作為集流體，然后負(fù)載負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成負(fù)極，然而這些碳材料之間的接觸電阻比較大使得負(fù)極導(dǎo)電性很差，因此柔性負(fù)極本身快速充電性能都不理想，當(dāng)組裝成電池以后要實(shí)現(xiàn)快速充電幾乎不可能。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明第一方面提供一種柔性鋰離子電池負(fù)極，其導(dǎo)電性好，容量高，質(zhì)輕，可彎折性能強(qiáng)，可提高鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能、倍率性能和快充性能。

具體地，第一方面，本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池負(fù)極，包括多孔碳納米纖維薄膜，以及負(fù)載在所述多孔碳納米纖維薄膜上的負(fù)極活性材料和黑磷納米顆粒，所述多孔碳納米纖維薄膜由多根多孔碳納米纖維構(gòu)成。

本發(fā)明的柔性鋰離子電池負(fù)極具有良好的柔性，易于組裝成膜，能夠提高電解液的浸潤性。其中，所述負(fù)極活性材料和所述黑磷納米顆粒部分均勻分布在所述多孔碳納米纖維表面，部分均勻分布在所述多孔碳納米纖維的多孔孔洞中。

考慮成本和性能，可選地，所述負(fù)極活性材料與所述黑磷納米顆粒的質(zhì)量之比為65-85:1，所述負(fù)極活性材料與所述黑磷納米顆粒兩者的質(zhì)量之和占所述柔性鋰離子電池負(fù)極總質(zhì)量的80-95％。進(jìn)一步地，所述負(fù)極活性材料與所述黑磷納米顆粒的質(zhì)量之比為75:1，所述負(fù)極活性材料與所述黑磷納米顆粒兩者的質(zhì)量之和占所述柔性鋰離子電池負(fù)極總質(zhì)量的85-90％。

本發(fā)明中，所述負(fù)極活性材料的選擇不限，可為現(xiàn)有任何的負(fù)極活性材料，可選地，所述負(fù)極活性材料為二氧化鈦(TiO₂)、天然石墨、人造石墨、石墨烯、氧化石墨烯、中間相碳微球、碳纖維、碳納米管和鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)中的一種或多種。考慮到形成膜的孔徑大小和比表面積越大，負(fù)極與電解液之間的反應(yīng)會(huì)越劇烈，可選地，所述負(fù)極活性材料的顆粒尺寸選擇在小于等于500nm。

所述黑磷納米顆粒為少層黑磷片狀材料。

可選地，所述多孔碳納米纖維的直徑為50nm-500nm。適合的直徑范圍，能形成較適合的孔隙率，最終使形成的膜致密度適中。

可選地，所述柔性鋰離子電池負(fù)極的厚度為2.5mm-4.0mm。

本發(fā)明第一方面提供的柔性鋰離子電池負(fù)極，多孔碳納米纖維薄膜一方面作為導(dǎo)電基底，增強(qiáng)電極的導(dǎo)電性，提高電子和鋰離子的遷移率，同時(shí)使電極具有良好的可彎曲性能；另一方面還可作為緩沖介質(zhì)，利用多孔結(jié)構(gòu)緩解電極材料發(fā)生團(tuán)聚和體積膨脹而出現(xiàn)的粉化、破碎現(xiàn)象，改善電池的循環(huán)性能；而黑磷由于理論比容量高、導(dǎo)電性好、脫嵌鋰電位低等優(yōu)點(diǎn)，其加入可以改善電池的容量、倍率性能和快充性能。