[发明专利]锂离子电池负极及柔性锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极，包括一具有柔性的自支撑碳纳米管膜以及多个二氧化钛纳米颗粒，该自支撑碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个二氧化钛纳米颗粒均匀吸附在多个碳纳米管的表面，且该二氧化钛纳米颗粒的粒径小于等于30纳米。本发明还提供一种应用上述锂离子电池负极的柔性锂离子电池。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极及柔性锂离子电池，尤其涉及一种基于碳纳米管的锂离子电池负极及柔性锂离子电池。

背景技术

碳纳米管(carbon nanotube,CNT)是近年来发现的一种新型碳系材料，由单层或多层的石墨片状结构卷曲而成。碳纳米管的层间距为0.34纳米，略大于石墨的层间距，有利于锂离子的嵌入和脱出。碳纳米管作锂离子电池负极材料，锂离子不仅可嵌入中空管内，而且可嵌入到层间的缝隙、空穴之中，具有嵌入深度小、过程短，嵌入位置多等优点。另外，碳纳米管具有优良的导电性，如果将碳纳米管加入到锂离子电池的负极材料中，可以提高锂离子电池负极材料的导电性。

然而，传统的碳纳米管负极能量密度较小，且在锂插入/脱嵌过程中具有较大的晶格变化以及较低的工作电压，不能避免电极塌陷，以及抑制负极上固体电解质界面(SEI)层和锂枝晶的形成。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以避免电极塌陷，以及抑制负极上固体电解质界面(SEI)层和锂枝晶的形成的锂离子电池负极。

一种锂离子电池负极，包括一具有柔性的自支撑碳纳米管膜以及多个二氧化钛纳米颗粒，该自支撑碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个二氧化钛纳米颗粒均匀吸附在多个碳纳米管的表面，且该二氧化钛纳米颗粒的粒径小于等于30纳米。

一种柔性锂离子电池，包括一外部封装结构，一锂离子电池负极、一锂离子电池正极、一电解液以及一隔膜，该外部封装结构将锂离子电池负极、锂离子电池正极、电解液及隔膜封装其间，该隔膜设置于所述锂离子电池正极与锂离子电池负极之间，所述锂离子电池负极包括一具有柔性的自支撑碳纳米管膜以及多个二氧化钛纳米颗粒，该自支撑碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个二氧化钛纳米颗粒均匀吸附在多个碳纳米管的表面，且该二氧化钛纳米颗粒的粒径小于等于30纳米。

相较于现有技术，本发明所提供的锂离子电池负极包括一具有柔性的自支撑碳纳米管膜以及多个二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛在锂插入/脱嵌过程中具有较小的晶格变化以及较高的工作电压，因此该锂离子电池负极可以避免电极塌陷，以及抑制负极上固体电解质界面(SEI)层和锂枝晶的形成。由于二氧化钛纳米颗粒的粒径小于等于30纳米，二氧化钛纳米颗粒与电解液和Li⁺的接触面积较大，而且在没有Li⁺扩散过程的情况下，可以使锂离子电池负极储锂的位点比较多，进而使所述锂离子电池负极即使在非常高的充电/放电速率下也具有较高容量。另外，该锂离子电池负极本身具有良好的柔性和自支撑性，满足人们对柔性储能装置的要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锂离子电池负极的扫描电子显微镜照片。

图2为本发明实施例提供的锂离子电池负极的结构示意图。

图3为二氧化钛纳米颗粒在碳纳米管的表面形成一连续的二氧化钛膜时的锂离子电池负极的扫描电子显微镜照片。

图4为二氧化钛纳米颗粒不连续的均匀分散在碳纳米管的表面时的锂离子电池负极的扫描电子显微镜照片。

图5为本发明对的锂离子电池负极与传统的锂离子电池负极的在不同倍率下充放电循环测试比较图。

图6为本发明实施例的锂离子电池负极的恒流充放电测试曲线。

图7为本发明实施例中的锂离子电池负极在60C恒定速率下循环充放电1000次之后的扫描电子显微镜照片。

图8为本发明实施例的锂离子电池负极的制备流程图。