申请/专利权人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院

申请日：2019-05-28

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN110085852B

主分类号：H01M4/36

分类号：H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/052;H01M10/054;B82Y30/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明提供一种导电结构及电极，用于解决现有技术中导电性能不佳的问题。本发明提供一种导电结构，包括：外壳，所述外壳为硬质结构，所述外壳为球形；内核，所述内核位于所述外壳内，所述内核为硬质导电结构，所述内核的熔点低于所述外壳的熔点；所述内核能够部分和所述外壳内壁接触，所述内核接触面积占所述外壳自身表面积的10％以上。

主权项：1.一种导电结构，其特征在于，包括：外壳，所述外壳为硬质结构，所述外壳为球形；内核，所述内核位于所述外壳内，所述内核为硬质导电结构，所述内核的熔点低于所述外壳的熔点；所述内核能够部分和所述外壳内壁接触，所述内核接触面积占所述外壳自身表面积的10％以上；所述外壳为碳材料制成或者钛的氧化物制成和或所述内核材料由金属、硅、氧化硅或硅合金制成；所述外壳上设有若干微孔，所述微孔连通所述外壳的内壁和外壁，所述内核的接触面上设有若干突出部，所述突出部嵌入到部分所述微孔内；其中，外壳和内核一起加热，使内核软化坍塌于外壳内，增大内核与外壳之间的接触面积。

全文数据：导电结构及电极技术领域本发明涉及导电材料领域，特别是涉及一种导电结构及电极。背景技术外壳结构材料所需的锂离子和电子通过壳层传输，电解液不与活性材料直接接触，因此，能够建立稳定的固液界面，确保稳定的循环性能。这种结构的特征是：首先，外壳通常较薄，可以实现更快的电荷传输；中空外壳结构是解决高容量负极材料由体积膨胀所致的电化学-力学性能衰退问题最有效的解决方法之一，现有的内核为圆形，内核和壳层接触面积小，这种结构的问题是一旦外壳界面结合不足，将会延长电子和锂离子的传输路径，进而导致电池倍率性能的下降。发明内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种导电结构及电极，用于解决现有技术中导电性能不佳的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种导电结构，包括：外壳，所述外壳为硬质结构，所述外壳为球形；内核，所述内核位于所述外壳内，所述内核为硬质导电结构，所述内核的熔点低于所述外壳的熔点；所述内核能够部分和所述外壳内壁接触，所述内核接触面积占所述外壳自身表面积的10％以上。可选的，所述外壳为碳材料制成或者钛的氧化物制成和或所述内核材料由金属、硅、氧化硅或硅合金制成制成。可选的，所述外壳上设有若干微孔，所述微孔连通所述外壳的内壁和外壁，所述外壳的接触面上设有若干突出部，所述突出部嵌入到部分所述微孔内。可选的，所述外壳的厚度范围为1纳米到200纳米。可选的，所述内核体积与所述外壳内体积的比为1：1.5到1：4。可选的，各个所述外壳之前通过线状结构连接串成链状。可选的，所述线状结构由碳材料、金属或者金属氧化物制成，所述线状结构为中空结构或者实心结构。可选的，所述线状结构包括碳管，所述碳管上设有若干微孔。可选的，所述碳管内设有金属或者金属氧化物，所述金属或者金属氧化物完全填充或者未完全填充所述碳管。一种电极，包括所述的导电结构；所述导电结构作为锂离子电池的负极，或者，所述导电结构作为锂硫电池的正极，或者所述导电结构作为钠离子电池的负极，或者所述导电结构作为钾离子电池的负极。如上所述，本发明的导电结构及电极，至少具有以下有益效果：通过接触面和非接触面的设置，使得内核和外壳的接触面积变大，增加其导电性能。附图说明图1显示为现有的导电结构的示意图。图2显示为本发明的导电结构一种实施方式的示意图。图3显示为本发明的导电结构另一种实施方式的示意图。元件标号说明1外壳2内核3线状结构具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。在图1中，导电结构包括外壳1和内核2，但是其内核为球形结构，且内核与外壳的接触面积较小，导电性能差。本实施例中，请参阅图2至图3，本发明提供一种导电结构，包括：外壳1和内核2，所述外壳1为硬质结构，所述外壳1为球形，所述外壳1上未设微孔，所内核2位于所述外壳1内，所述内核2为硬质导电结构，比如金属、硅、氧化硅或者硅合金，金属其具体可以选为Sn、Al、Ge等，硅合金具体可以选为硅铝合金、锰硅合金、锂硅合金等，所述内核2的熔点低于所述外壳1的熔点；所述内核2能够部分和所述外壳1内壁接触，所述内核2接触面积占所述外壳1自身表面积的10％以上，具体可以是10％、20％、30％、40％、50％等，内核2的形状可以是扁平结构、椭圆结构等结构，此处对形状不做限定，内核2坍塌在外壳1内，内核2和外壳1的接触面积较大，以锂离子电池来说，其能够稳定固液界面，能够缓冲大量锂离子嵌入造成的体积变化，提高充放电容量和循环稳定性能；外壳1界面结合良好，能够给锂离子和电子提供畅通的传输通道，提高倍率性能。由于外壳1的熔点高于内核2的熔点，使得在对内核2进行制造时，可以对外壳1和内核2一起加热，当内核2软化坍塌时，外壳1可以保持原形，实现了接触面积的增大，同时还保证了支撑效果，制造也方便。本实施例中，请参阅图2至图3，所述外壳1上设有若干微孔，所述微孔连通所述外壳1的内壁和外壁，所述接触面上设有若干突出部，所述突出部嵌入到部分所述微孔内。设置微孔能够采用化学刻蚀的方式制造，制造时可以在金属氧化物上包覆外壳1层，然后采用酸溶液或者碱溶液刻蚀，在外壳1层上刻蚀处若干微孔，且酸溶液或者碱溶液和内核2的氧化层接触，将内核2的氧化层去掉形成金属内核2，然后再采用对其进行加热，使得内核2的金属软化坍塌，由于外壳1的熔点高于内核2的熔点，此时外壳1未变形，内核2发生坍塌，其接触面积变大，且制造方便。本实施例中，请参阅图2至图3，所述外壳1为碳材料制成或者钛的氧化物制成。碳材料具体可以为石墨烯、无定形碳等，其熔点较高，即使在较高的温度下，其也不易软化，能够起到良好的支持效果。本实施例中，请参阅图2至图3，所述外壳1的厚度范围为1纳米到200纳米，具体可以是1纳米、10纳米、50纳米、70纳米、100纳米、110纳米、150纳米、170纳米、200纳米等。太小结构不稳定，太厚锂离子传输性能会差。本实施例中，请参阅图2至图3，所述内核2体积与所述外壳1内体积的比为1：1.5到1：4，具体可以为1：1.5、1：1.8、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5、1：4等，外壳1和内核2之间有足够空隙以容纳内核2的体积膨胀，从而保证稳定的循环性能。本实施例中，请参阅图3，各个所述外壳1之前通过线状结构3连接串成链状。通过一维结构化，进一步加快电子转移，并抑制随着锂离子的脱嵌、材料内部张力的不断变化引起的导电添加剂的重新聚合或者坍塌，从而进一步改善材料的倍率性能和循环稳定性能。本实施例中，所述线状结构3由碳材料制成，碳材料具体可以为石墨烯、无定形碳等，所述线状结构3为实心结构。本实施例中，所述线状结构3由碳材料制成，碳材料具体可以为石墨烯、无定形碳等，所述线状结构3为中空结构。本实施例中，所述线状结构3由金属制成，所述线状结构3为中空结构。本实施例中，所述线状结构3由金属制成，所述线状结构3为实心结构。本实施例中，所述线状结构3由金属氧化物制成，所述线状结构3为中空结构。本实施例中，所述线状结构3由金属氧化物制成，所述线状结构3为实心结构。本实施例中，所述线状结构3包括碳管，所述碳管上设有若干微孔。空心的碳管结构，导电性能得到提升，通过设置若干微孔，使得其在制造碳管时，可以以ZnO作为衬底，在上面涂覆一定量的聚合物，然后通过热处理把聚合物碳化。聚合物可以选择糠醇、吡咯等，然后采用酸碱液对其进行刻蚀，其在碳化层上形成若干微孔，然后再对内部的ZnO进行刻蚀，方便制造。本实施例中，所述碳管内设有金属或者金属氧化物，所述金属或者金属氧化物完全填充或者未完全填充所述碳管。一种电极，包括所述的导电结构；所述导电结构作为锂离子电池的负极，或者，所述导电结构作为锂硫电池的正极，或者所述导电结构作为钠离子电池的负极，或者所述导电结构作为钾离子电池的负极。其具体作为电极结构时，可以通过粘接剂涂覆在电极上。综上所述，本发明稳定固液界面，能够缓冲大量锂离子嵌入造成的体积变化，提高充放电容量和循环稳定性能；外壳1界面结合良好，能够给锂离子或者其他离子和电子提供畅通的传输通道，提高倍率性能。中空外壳1颗粒的链状结构，通过一维结构化，进一步加快电子转移，并抑制随着锂离子或者其他离子的脱嵌、材料内部张力的不断变化引起的导电添加剂的重新聚合或者坍塌，从而进一步改善材料的倍率性能和循环稳定性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

权利要求：1.一种导电结构，其特征在于，包括：外壳，所述外壳为硬质结构，所述外壳为球形；内核，所述内核位于所述外壳内，所述内核为硬质导电结构，所述内核的熔点低于所述外壳的熔点；所述内核能够部分和所述外壳内壁接触，所述内核接触面积占所述外壳自身表面积的10％以上。2.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于：所述外壳为碳材料制成或者钛的氧化物制成和或所述内核材料由金属、硅、氧化硅或硅合金制成。3.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于：所述外壳上设有若干微孔，所述微孔连通所述外壳的内壁和外壁，所述内核的接触面上设有若干突出部，所述突出部嵌入到部分所述微孔内。4.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于：所述外壳的厚度范围为1纳米到200纳米。5.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于：所述内核体积与所述外壳内体积的比为1：1.5到1：4。6.根据权利要求1-5任一所述的导电结构，其特征在于：各个所述外壳之前通过线状结构连接串成链状。7.根据权利要求6所述的导电结构，其特征在于：所述线状结构由碳材料、金属或者金属氧化物制成，所述线状结构为中空结构或者实心结构。8.根据权利要求7所述的导电结构，其特征在于：所述线状结构包括碳管，所述碳管上设有若干微孔。9.根据权利要求8所述的导电结构，其特征在于：所述碳管内设有金属或者金属氧化物，所述金属或者金属氧化物完全填充或者未完全填充所述碳管。10.一种电极，其特征在于：包括权利要求1-9任一所述的导电结构；所述导电结构作为锂离子电池的负极，或者，所述导电结构作为锂硫电池的正极，或者所述导电结构作为钠离子电池的负极，或者所述导电结构作为钾离子电池的负极。

百度查询： 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 导电结构及电极

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD