发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出可摩擦生成石墨烯的电池正极汇流结构、集流体以及采用上述电池正极汇流结构或集流体的电池。
在本发明的第一方面,本发明提出了一种可摩擦生成石墨烯的电池正极汇流结构。根据本发明的实施例,该电池正极汇流结构包括:多个正极集流体,每个所述正极集流体的一侧均设有正极极耳;正极汇流盘,所述正极汇流盘设在所述正极极耳上,且适于与所述正极极耳发生摩擦,以便生成石墨烯。根据本发明实施例的电池正极汇流结构,正极汇流盘与各个正极集流体的正极极耳的截面之间直接摩擦接触,不采用导电胶连接。通过使正极汇流盘与正极极耳的截面发生摩擦,可以根据机械剥离石墨的原理,在正极极耳的截面(即正极极耳与正极汇流盘的接触处)和两侧表面产生石墨烯,从而增加二者的导电能力、有效降低接触面的内阻、增加电子传输路径,从而显著提升采用该电池正极汇流结构的电池的电化学性能。
另外,根据本发明上述实施例的可摩擦生成石墨烯的正极汇流结构还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述正极集流体和所述正极汇流盘由石墨形成。
在本发明的一些实施例中,所述正极集流体为石墨箔。
在本发明的一些实施例中,所述正极汇流盘为石墨板。
在本发明的一些实施例中,所述正极汇流结构进一步包括:正极引流线,所述正极引流线与所述正极汇流盘电连接。
在本发明的第二方面,本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例,该电池包括上述实施例的正极汇流结构。由此,该电池可通过正极汇流结构中的正极汇流盘与正极极耳摩擦生成石墨烯,从而使得电化学性能显著提高。
基于与前述“可摩擦生成石墨烯的正极汇流结构”相同的发明构思,在本发明的第三方面,本发明提出了一种制备正极集流体的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:提供石墨箔;利用石墨板对所述石墨箔的表面进行摩擦,得到所述正极集流体。由此,该方法通过利用石墨板对石墨箔的表面进行摩擦,可根据机械剥离石墨的原理,在石墨箔的表面产生石墨烯,利用经过石墨板摩擦的石墨箔作为正极集流体,可以显著提高正极集流体的导电性能,进而利用该正极集流体与正极活性物质结合制备电池,可以显著提高电池的电化学性能。
另外,根据本发明上述实施例的制备正极集流体的方法还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述摩擦中,利用所述石墨板对所述石墨箔施加0.001~0.01MPa的垂直压力。
在本发明的第四方面,本发明提出了一种正极集流体。根据本发明的实施例,该正极集流体是由上述实施例的制备正极集流体的方法制备得到的。由此,该正极集流体的表面具有通过石墨板与石墨箔摩擦而获得的石墨烯,从而使得电化学性能显著提高。
在本发明的第五方面,本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例,该电池包括上述实施例的正极集流体。由此,该电池所采用的正极集流体的表面具有通过石墨板与石墨箔摩擦而获得的石墨烯,从而使得电化学性能显著提高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的第一方面,本发明提出了一种可摩擦生成石墨烯的电池正极汇流结构。根据本发明的实施例,参考图1,该电池正极汇流结构包括:多个正极集流体1和正极汇流盘2,每个正极集流体1的一侧均设有正极极耳3;正极汇流盘2设在正极极耳3上,且适于与正极极耳3发生摩擦,以便生成石墨烯。根据本发明实施例的电池正极汇流结构,正极汇流盘与各个正极集流体的正极极耳的截面之间直接摩擦接触,不采用导电胶连接。通过使正极汇流盘与正极极耳的截面发生摩擦,可以根据机械剥离石墨的原理,在正极极耳的截面(即正极极耳与正极汇流盘的接触处)和两侧表面产生石墨烯,从而增加二者的导电能力,显著提升采用该电池正极汇流结构的电池的电化学性能(例如循环性能、倍率性能等)。
优选地,正极汇流盘2与正极极耳3之间的摩擦通过旋转正极汇流盘2来进行,例如可以按照图1中的弯曲箭头方向旋转正极汇流盘2。在一些实施例中,正极汇流盘2与正极极耳3之间重复摩擦的次数为1~5次。
优选地,在正极汇流盘2与正极极耳3的过程中,向正极汇流盘2施加0.001~0.01MPa的垂直压力。由此,可以进一步提高正极汇流盘2与正极极耳3之间的摩擦效果,进一步有利于在正极极耳3的截面(即正极极耳3与正极汇流盘2的接触处)和两侧表面产生石墨烯。
根据本发明的一些实施例,上述正极集流体和正极汇流盘由石墨形成。由此,可以进一步有利于正极汇流盘与正极极耳的截面通过发生摩擦,根据机械剥离石墨的原理,在正极极耳的截面(即正极极耳与正极汇流盘的接触处)和两侧表面产生石墨烯。
根据本发明的一些实施例,上述正极集流体为石墨箔。
根据本发明的一些实施例,上述正极汇流盘为石墨板。
根据本发明的一些实施例,上述正极汇流结构还进一步包括:正极引流线4。正极引流线4与正极汇流盘2电连接。
在本发明的第二方面,本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例,该电池包括上述实施例的正极汇流结构。由此,该电池可通过正极汇流结构中的正极汇流盘与正极极耳摩擦生成石墨烯,从而使得电化学性能显著提高。
根据本发明的一个具体示例,参考图2,该电池包括上述实施例的正极汇流结构以及正负极集群6。正负极集群6中包括彼此间隔的正极极片和负极极片,其中,负极极片包括负极极耳5。
另外,需要说明的是,该电池具有前文针对电池正极汇流结构所描述的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
在本发明的第三方面,本发明提出了一种制备正极集流体的方法。根据本发明的实施例,参考图3,该方法包括:提供石墨箔10;利用石墨板20对石墨箔10的表面进行摩擦,得到所述正极集流体。由此,该方法通过利用石墨板对石墨箔的表面进行摩擦,可根据机械剥离石墨的原理,在石墨箔的表面产生石墨烯,利用经过石墨板摩擦的石墨箔作为正极集流体,可以显著提高正极集流体的导电性能,进而利用该正极集流体与正极活性物质结合制备电池,可以显著提高电池的电化学性能(例如循环性能、倍率性能等)。
根据本发明的一些实施例,在石墨板对石墨箔进行水平摩擦的过程中,可利用所述石墨板对所述石墨箔施加0.001~0.01MPa的垂直压力。在一些实施例中,石墨板与石墨箔之间重复摩擦的次数为1~5次。
在本发明的第四方面,本发明提出了一种正极集流体。根据本发明的实施例,该正极集流体是由上述实施例的制备正极集流体的方法制备得到的。由此,该正极集流体的表面具有通过石墨板与石墨箔摩擦而获得的石墨烯,从而使得电化学性能显著提高。
另外,需要说明的是,前文针对制备正极集流体的方法所描述的全部特征和优点同样适用于该正极集流体,在此不再一一赘述。
在本发明的第五方面,本发明提出了一种电池。根据本发明的实施例,该电池包括上述实施例的正极集流体。由此,该电池所采用的正极集流体的表面具有通过石墨板与石墨箔摩擦而获得的石墨烯,从而使得电化学性能(例如循环性能、倍率性能等)显著提高。
另外,需要说明的是,该电池具有前文针对正极集流体所描述的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
下面参考具体实施例,对本发明进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本发明。
实施例1
正极活性物质为LiMn2O4,集流体为石墨箔,石墨箔预留出正极极耳3;负极活性物质为金属Zn,集流体为铜网,铜网预留出负极极耳5;电解液为1mol/L Li2SO4+2mol/L ZnSO4的水溶液。正极汇流盘2与正极极耳3的接触为摩擦接触,旋转摩擦5次后,正极汇流盘摆正,使正极极耳3均匀接触在正极汇流盘2表面。极耳截面处摩擦产生石墨烯的SEM图如图4。
负极极耳5材料为铜网,将每个负极极耳通过锡焊连接在一起汇流。
电化学性能测试充放电电压范围为1.4~2.1V,25℃环境。
对比例1
按照与实施例1基本相同的方法制作电池并进行测试,不同之处为正极汇流盘与正极极耳的接触为直接垂直接触,不进行相互摩擦。
实施例1与对比例1的电池循环性能如图5所示:
通过旋转摩擦接触产生的循环曲线较为平稳,容量稳定在108~110mAh·/g,0.2C倍率下,30圈容量保持率为98.3%。
通过直接垂直接触产生的放电比容量明显降低,在经过15圈充放电后容量下降明显,0.2C倍率下,30圈容量保持率为96.7%。
实施例1与对比例1的电池倍率性能如图6所示:
实施例1的电池在0.1C、0.2C、0.5C、1C及回到0.1C的平均比容量各为108.3mAh·/g、106.7mAh·/g、103.1mAh·/g、98.9mAh·/g、107.1mA·h/g。重新回到0.1C的容量保持率为98.9%。
对比例1的电池在0.1C、0.2C、0.5C、1C及回到0.1C的平均比容量各为108.3mAh·/g、106.6mAh·/g、102.3mAh·/g、97.2mAh·/g、106.3mA·h/g。重新回到0.1C的容量保持率为98.2%。
通过旋转摩擦接触产生的倍率性能明显好于直接垂直接触。尤其在0.5C和1C较高倍率下,容量差距更为明显。
机理分析:
通过旋转摩擦,可以产生一定量的石墨烯,石墨烯在正极汇流盘与正极极耳之间增加了导电性,减小极化,因此循环和倍率性能提升明显。并且,旋转摩擦可以使得每一个极耳都能更充分的接触汇流盘,使正极汇流不损失。而直接垂直接触容易使众多极耳中的某一个或者某几个与汇流盘接触不良,造成容量损失。且接触不充分,增加了内阻,影响倍率和循环性能。
对比例2
按照与实施例1基本相同的方法制作电池并进行测试,不同之处为正极汇流盘与正极极耳通过导电胶结合。测试0.1~1C倍率性能,重新回到0.1C时容量保持率为95.8%。1C下比容量为93.6mA·h/g。
实施例2
按照与实施例1基本相同的方法制作电池并进行测试,不同之处为正极汇流盘与正极极耳的旋转摩擦次数为2次。测试0.1~C倍率性能,重新回到0.1C时容量保持率为98.3%。1C下比容量为97.7mA·h/g。
实施例3
按照与实施例1基本相同的方法制作电池并进行测试,不同之处为正极活性物质与石墨箔集流体结合前,将石墨箔集流体表面用石墨板反复摩擦5次。测试0.1~1C倍率性能,重新回到0.1C时容量保持率为99.1%。1C下比容量为99.3mA·h/g。
在对石墨箔横截面旋转摩擦产生石墨烯的基础上,再对其表面进行摩擦处理,同样产生石墨烯,使得石墨箔的导电性能变得更好,倍率性能进一步提升。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。