[實用新型]一種石墨烯修飾的碳紙集流體

有效

• 申請號: 202020951650.5
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN213150816U
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 權澤衛;俞祎康;宋興
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/64
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本實用新型涉及一種石墨烯修飾的碳紙集流體。本實用新型所述集流體包括碳紙和附著于所述碳紙表面的石墨烯層。本實用新型采用的碳紙為優異的電子導體，能夠快速提供氧化還原反應的電荷轉移，并且將其用于鋰金屬負極的集流體來容納鋰金屬在充放電過程中的體積膨脹。此外，通過石墨烯對碳紙的表面修飾進一步改善了其對鋰的親和性，進而提高負極循環過程中的穩定性。本實用新型所述碳紙的多孔結構在循環過程中，一方面可以減小真實的電流密度來抑制鋰枝晶的形成；另一方面，可以將鋰金屬容納到此3D結構中，減小容納體積膨脹和抑制鋰金屬與電解液副反應，能夠顯著地改善鋰的電化學沉積/溶解行為。

技術領域

本實用新型屬于電池技術領域，具體涉及一種石墨烯修飾的碳紙集流體。

背景技術

隨著傳統化石能源逐漸的消耗，科技的進步和人們環保意識的逐步樹立，發展具有環保和可再生特點的新能源已經成為全世界和全人類共同關心的重大課題。因此，在尋找具有資源豐富、可再生和對環境影響小等優點的新能源的科技浪潮中，開發具有高能量密度的新一代電池系統已成為全球科學家的共識。

在眾多的電池負極材料中，鋰金屬負極由于具有最低的氧化還原電勢和較高的理論容量而被認為是理想的下一代的負極材料。然而，鋰金屬負極作為一個無宿主的電極，在沉積/溶解過程中幾乎要承受無限的相對體積變化，這導致了固體電解質界面(SEI)膜的在體積變化中不斷的破裂和重構，顯著地降低了鋰負極的庫倫效率。

此外，鋰在沉積過程中容易形成枝晶化微結構刺破隔膜，其對電池造成了潛在的短路安全隱患，嚴重制約了鋰金屬復合負極的發展。

現有技術對于鋰金屬負極集流體進行了如下改進：

CN110518254A公開了一種鋰金屬電池用負極集流體及其制備方法及應用，本發明通過磷氣對導電集流體表面進行修飾處理得到金屬磷化物層，通過電化學過程對所得的金屬磷化物預鋰化，得到復合親鋰層從而得到以導電集流體為基底并覆有復合親鋰層的鋰金屬電池用負極集流體。

CN108963265A公開了一種鋰金屬電池用負極集流體，包括碳納米纖維膜、設置于所述碳納米纖維膜的一個表面的不導電氧化物層和設置于所述碳納米纖維膜的另一個表面的導電金屬層。

CN208111570U公開了一種新型鋰金屬電池，包括負極極片、正極極片和用于隔離所述負極極片和所述正極極片的隔膜；所述負極極片包括集流體和與所述集流體緊密貼合的聚三聚氰胺泡沫緩沖層；所述聚三聚氰胺泡沫緩沖層內填充有與其三維骨架結構相匹配的鋰金屬填充體；所述集流體背向聚三聚氰胺泡沫緩沖層的一側與所述隔膜緊密貼合。

但是，以上技術皆無法同時解決負極集流體表面親鋰性較差和負極體積膨脹的問題。因此，改進鋰金屬電池的集流體表面親鋰性，并降低負極體積膨脹，仍是本領域急需解決的技術難點。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種石墨烯修飾的碳紙集流體。本實用新型的目的在于提供一種石墨烯修飾的碳紙集流體，所述石墨烯修飾的碳紙集流體能夠減小容納體積膨脹、抑制鋰金屬與電解液副反應，能夠顯著地改善鋰的電化學沉積/溶解行為。

為達上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

本實用新型的目的之一在于提供一種石墨烯修飾的碳紙集流體，所述集流體包括碳紙和附著于所述碳紙表面的石墨烯層。

本實用新型采用的碳紙為優異的電子導體，能夠快速提供氧化還原反應的電荷轉移，并且將其用于鋰金屬負極的集流體來容納鋰金屬在充放電過程中的體積膨脹。此外，通過石墨烯對碳紙的表面修飾進一步改善了其對鋰的親和性，進而提高負極循環過程中的穩定性。

優選地，所述碳紙為無定型碳結構。

本實用新型所述碳紙為多孔纖維素紙張高溫碳化得到的無定型碳結構。

優選地，所述碳紙為多孔結構。