CN108346801B - 锂离子电池的正电极 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池的正电极，包括第一集流器、设置在该第一集流器一侧的正电极活性材料层以及设置在该第一集流器与该正电极活性材料层之间的第一碳材料层，其中该正电极活性材料层包括多个第一材料颗粒，该第一材料颗粒具有形成在该第一材料颗粒的表面的石墨烯壳层。

Description

锂离子电池的正电极

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种储电量提升的锂离子电池。

背景技术

随着科技的进步以及环保意识的重视，二次电池广泛地应用在各种领域，例如电动车、移动式电子装置或航太装置，以现况来说，二次电池的储电量未满足市场所需，因此许多电池厂商极力发展高储电量的二次电池以解决现有问题。

如中国台湾专利公告第I474543号，提出一种锂电池，包括一隔离层、一正极结构以及一负极结构，该隔离层具有一第一表面与相对于该第一表面的一第二表面，该正极结构设置在该第一表面，具有一正极层与一正极集电层，该正极层的二侧分别连接在该第一表面与该正极集电层，该负极结构设置在该第二表面，具有一负极层与一负极集电层，该负极层的二侧分别连接该第二表面与该负极集电层，其中该正极集电层及/或该负极集电层的材质主要由一第一碳材与一第二碳材所构成，该第一碳材的比表面积与该第二碳材的比表面积的比值在2至300的范围中，在该正极集电层及/或该负极集电层中，该第一碳材与该第二碳材的重量比在2：1至1：1的范围中，该第一碳材与该第二碳材为石墨粉。

在以上现有技术之中，该正极集电层与该正极层彼此间以及该负极集电层与该负极层彼此间的导电性仍有改善的空间，以提升锂离子电池的储电量。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决现有锂离子电池储电量不足的问题。

为达上述目的，本发明提供一种锂离子电池的正电极，包括一第一集流器、一设置在该第一集流器一侧的正电极活性材料层以及一设置在该第一集流器与该正电极活性材料层之间的第一碳材料层，其中该正电极活性材料层包括多个第一材料颗粒，该第一材料颗粒具有一形成在该第一材料颗粒的一表面的石墨烯壳层。

在本发明一实施例中，该第一碳材料层为一石墨烯层，该石墨烯层具有一La介于1μm至50μm之间的直径以及一介于1至10之间的层数，其中该La为一由拉曼光谱所获得的值。

由以上可知，本发明相较于现有技术可达到的功效在于：

(1)在该第一集流器与该正电极活性材料层之间设置大面积石墨烯层，该石墨烯层具有一La介于1μm至50μm之间的直径(该La为一由拉曼光谱所获得的值)，可提升该集流器与该活性材料层之间的导电性。

(2)由于该正电极活性材料层中的该活性材料颗粒具有该石墨烯壳层，因此可提升该活性材料颗粒的导电性，故该锂离子电池的总储电量提高。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1，为本发明一实施例的锂离子电池结构示意图；

图2，为本发明又一实施例的第二碳材料层部分结构示意图。

具体实施方式

涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：

请搭配参阅图1、图2所示，为本发明一实施例的锂离子电池结构示意图，包括一正电极10、一负电极20以及一隔离膜30，该正电极10包括一第一集流器11、一正电极活性材料层12以及一第一碳材料层13，该第一集流器11的材质可为铝、铜、铁、镍、铂、钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆或上述组合。该正电极活性材料层12设置在该第一集流器11一侧，在一实施例，该正电极活性材料层12包括多个活性材料颗粒121，该活性材料颗粒121包括一第一材料颗粒1210以及一形成在该第一材料颗粒1210的一表面的石墨烯壳层1211，该活性材料颗粒121彼此堆叠并接触，其中该第一材料颗粒1210可为磷酸锂铁、锂镍钴、锂镍钴锰、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂或上述组合；在该第一材料颗粒1210上形成该石墨烯壳层1211的方法并无特别限制，举例来说，可利用一混拌造粒法将一石墨烯涂布在该第一材料颗粒1210的该表面，接着通过一具有一介于50℃至300℃之间的烘烤温度进行烘烤而制成，此时，该第一材料颗粒1210的该表面部分地、或完全地经该石墨烯包覆。

该第一碳材料层13设置在该第一集流器11与该正电极活性材料层12之间，在本发明中，该第一碳材料层13为一石墨烯层，该石墨烯层具有一La介于1μm至50μm之间的直径以及一介于1至10之间的层数，其中该La为一由拉曼光谱所获得的值。

该负电极20与该正电极10分离设置，且该负电极20包括包括一第二集流器21、一负电极活性材料层22以及一第二碳材料层23，该第二集流器21的材质可为铝、铜、铁、镍、铂、钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆或上述组合。该负电极活性材料层22设置在该第二集流器21一侧，在一实施例，该负电极活性材料层22可为现有适用的碳材料，在一较佳实施例中，该负电极活性材料层22包括一La介于1μm至50μm之间的直径的碳材料(其中该La为一由拉曼光谱所获得的值)，譬如一石墨、一石墨烯、或其组合。该第二碳材料层23设置在该第二集流器21与该负电极活性材料层22之间，在本发明中，该第二碳材料层23为一包括1至10层大面积的石墨烯层231，该石墨烯层231具有一La介于1μm至50μm之间的直径。

请续参考图2。在一实施例，该第二碳材料层23包括多个硅颗粒232，该些硅颗粒232均与该石墨烯层231接触，其中该硅颗粒232具有一介于10nm至100nm之间的粒径，例如一以硅烯组成的球体。由于该锂离子电池充放电的过程中，锂离子会自由地进出该硅颗粒232，导致该硅颗粒232的体积剧烈改变，若选用较大粒径的该硅颗粒232会导致该硅颗粒232崩解而失去提升储电量的效果，故本案选用相对于锂离子较小粒径的该硅颗粒232，可防止该硅颗粒因剧烈的体积变化而崩解，以提升该锂离子电池的使用寿命。

为了强化该硅颗粒232与该石墨烯层231的结合，在一实施例中，该硅颗粒232的表面以一第一包覆层233包覆，且同时该石墨烯层231以一第二包覆层234包覆。关于该第一包覆层233与该第二包覆层234的材料并无特别限制，只要该第一包覆层233与该第二包覆层234彼此之间可产生一化学键结而连接即可，譬如，该第一包覆层233与该第二包覆层234交联、或者该第一包覆层233与该第二包覆层234分别携带相反电性而连接，然本发明并不仅限于此。

关于该第一包覆层233的材料的非限制性实例包括：具有磺酸官能基的高分子，如聚苯乙烯磺酸钠盐(poly(sodium 4-styrene sulfonate)、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)；具有碳酸官能基的高分子；阳离子交换树脂；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)；及/或聚丙烯酸(polyacrylic acid)或聚丙烯酸钠盐(poly(sodium acrylate))。至于该第二包覆层234的材料的非限制性实例包括：聚四级铵盐；阴离子交换树脂；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)；聚二丙烯基二甲基氯化铵(polydiallyldimethylammonium chloride)、十二烷基三甲基溴化铵(dodecyltrimethylammonium bromide)、聚丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(poly(acrylamido-N-propyl trimethyl ammonium chloride)、聚3-甲基丙酰胺丙基三甲基氯化铵(poly((3-methacryloylamino-propyl trimethylammonium chloride)、聚氢氧化氯烯丙胺(poly(allylamine hydrochloride)、聚二甲基氨基甲基氯季铵盐(poly(dimethylaminoethylacrylate methylchloride quat)、及/或聚甲基丙烯酸二甲氨基甲基氯季铵盐(poly(dimethylaminoethylmethacrylate methylchloride quat)。

为了更确保该石墨烯层231与该硅颗粒232之间的结合力，提升导电效果，进而改善该二次电池的充放电效率，在该第一包覆层233与该第二包覆层234的表面还包括一第三包覆层235，以确保该硅颗粒232有效地与该石墨烯层231的表面接触。该第三包覆层235的材料举例可为含碳导电膜，但本发明对此并无特别限制。

该隔离膜30夹设在该正电极10与该负电极20之间，该隔离膜30的材质举例可为聚乙烯(Polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)、或其组合，本发明不以此为限。

综上所述，由于本案分别在该第一集流器与该正电极活性材料层之间以及在该第二集流器与该负电极活性材料层之间设置大面积的该石墨烯层，以提升该集流器与该活性材料层之间的导电性；另外，由于该正电极活性材料层的该第一材料颗粒的该表面具有该石墨烯壳层，因此可提升该第一材料颗粒的导电性，故该锂离子电池的总储电量提高。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池的正电极，该锂离子电池包括所述正电极以及与之配合的负电极和设置于两者之间的隔离膜，其特征在于，该正电极包括：

一第一集流器；

一设置在该第一集流器一侧的正电极活性材料层；以及

一设置在该第一集流器与该正电极活性材料层之间的第一碳材料层；

其中该正电极活性材料层包括多个活性材料颗粒，该活性材料颗粒包括一第一材料颗粒以及一形成在该第一材料颗粒的一表面的石墨烯壳层；

其中，与该正电极配合的该负电极包括：依次设置的一第二集流器、第二碳材料层以及负电极活性材料层，其中，该第二碳材料层包括多个硅颗粒以及与多个硅颗粒接触的石墨烯层，该硅颗粒的表面以一第一包覆层包覆，同时该石墨烯层以一第二包覆层包覆，且在该第一包覆层与该第二包覆层的表面还包括一第三包覆层，其中，该第一包覆层与该第二包覆层彼此之间产生一化学键结而连接；

借由该正电极与该负电极的结构设置，以提升锂离子电池的储电量。

2.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该第一碳材料层为一石墨烯层，该石墨烯层具有一La介于1μm至50μm之间的直径以及一介于1至10之间的层数，其中该La是一由拉曼光谱所获得的值。

3.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该第一材料颗粒为择自于磷酸锂铁、锂镍钴、锂镍钴锰、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、及其组合所组成的群组。

4.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该活性材料颗粒是先将一石墨烯涂布在该第一材料颗粒的该表面，接着通过一具有介于50℃至300℃之间的温度进行烘烤而制成。

5.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该石墨烯壳层完全地包覆该第一材料颗粒的该表面。

6.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该第一集流器的材质为铝、铜、铁、镍、铂、钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、及其组合所组成的群组。

7.如权利要求1所述的锂离子电池的正电极，其特征在于，该活性材料颗粒彼此堆叠并接触。

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