[發(fā)明專利]一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010440741.7
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111430725A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂鵬;袁家嬌;韋瑋;余柯涵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發(fā)明提供一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極，包括彈性集流體、電極活性物質(zhì)和聚合物膠態(tài)電解質(zhì)，所述彈性集流體為高彈性三維石墨烯，所述電極活性物質(zhì)負(fù)載于彈性集流體的孔壁上，所述聚合物膠態(tài)電解質(zhì)均勻的涂覆于彈性集流體和電極活性物質(zhì)上。在不同壓縮形變下都可以正常充放電，其容量大小、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性等儲能性能都與未壓縮狀態(tài)下的鋰離子電池電極性能相差不大。并且在多次壓縮/回復(fù)后，其多項儲能性能依然保持在一定水平。突破了現(xiàn)有柔性電極只能耐受彎曲形變的性能，為今后可穿戴設(shè)備的內(nèi)置電池奠定了良好的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)及可穿戴儲能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備逐漸向小型化、便攜化、可穿戴化方向的發(fā)展，需要開發(fā)能夠與之相匹配的儲能設(shè)備，這些儲能設(shè)備需要在多種形變下保持儲能性能的穩(wěn)定，這些形變包括彎曲形變、拉伸形變、壓縮形變等。鋰離子電池由于具有高電壓、高能量密度、高安全性、低自放電率等特點(diǎn)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景和市場需求的儲能設(shè)備。目前關(guān)于耐形變的鋰離子電池的開發(fā)，主要集中在可彎曲、可折疊的柔性鋰離子電池上，但是對于可壓縮/回復(fù)的柔性鋰離子電池的開發(fā)還處于起步階段。壓縮形變是可穿戴設(shè)備所經(jīng)常面對的一種形變，對應(yīng)的儲能設(shè)備（如鋰離子電池等）也需要具備在不同的壓縮形變下保持儲能性能的穩(wěn)定。而電池材料作為鋰離子電池的重要一環(huán)，因此開發(fā)可壓縮及回復(fù)的鋰離子電池用的電極至關(guān)重要。

目前的鋰離子電池柔性電極材料中，其結(jié)構(gòu)主要為層狀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的柔韌性和耐彎曲性能。但是這些柔性電極并不具備大的可壓縮形變。雖然有些柔性電極具有多孔結(jié)構(gòu)，但是通常其這種多孔結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較差，經(jīng)過壓縮后極易發(fā)生結(jié)構(gòu)的垮塌，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的回復(fù)，導(dǎo)致儲能性能的大幅度下降。因此為了滿足耐多種形變鋰離子電池發(fā)展的需求，就需要提供一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供了一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極，以高彈性三維石墨烯為集流體骨架，并負(fù)載有電極活性物質(zhì)和聚合物膠態(tài)電解質(zhì)，在此結(jié)構(gòu)的壓縮和回復(fù)過程中，保持鋰離子電池儲能性能的穩(wěn)定，展現(xiàn)出可壓縮及回復(fù)的特性。

本發(fā)明提供一種可壓縮及回復(fù)鋰離子電池電極，包括彈性集流體、電極活性物質(zhì)和聚合物膠態(tài)電解質(zhì)，所述彈性集流體為高彈性三維石墨烯，所述電極活性物質(zhì)負(fù)載于彈性集流體的孔壁上，所述聚合物膠態(tài)電解質(zhì)均勻的涂覆于彈性集流體和電極活性物質(zhì)上。

進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述彈性集流體可回復(fù)壓縮形變?yōu)?0~99%，經(jīng)過1000次壓縮/回復(fù)后，彈性集流體的體積保持率為90~99%。

進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述電極活性物質(zhì)在彈性集流體上均勻負(fù)載，負(fù)載厚度為1~10微米。

進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述聚合物膠態(tài)電解質(zhì)為固態(tài)涂覆層，涂覆層的厚度為0.1~2微米。

進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述電極經(jīng)過形變量為10~90%的壓縮后可回復(fù)至原體積的80~100%，經(jīng)過壓縮及回復(fù)過程高彈性三維石墨烯上的電極活性物質(zhì)質(zhì)量保留率為90~100%。

本發(fā)明的有益效果是：在不同壓縮形變下都可以正常充放電，其容量大小、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性等儲能性能都與未壓縮狀態(tài)下的鋰離子電池電極性能相差不大。并且在多次壓縮/回復(fù)后，其多項儲能性能依然保持在一定水平。突破了現(xiàn)有柔性電極只能耐受彎曲形變的性能，為今后可穿戴設(shè)備的內(nèi)置電池奠定了良好的基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的材料結(jié)構(gòu)放大圖。

其中：1-彈性集流體，2-電極活性物質(zhì)，3-聚合物膠態(tài)電解質(zhì)。

具體實(shí)施方式