本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及的是，一種石墨烯鋰電池。

背景技術(shù)：

鋰電池是采用了金屬鋰或其化合物的電池，在電池的正極、負(fù)極或電解質(zhì)中采用了金屬鋰或其化合物，具有高儲(chǔ)存能量密度，已達(dá)到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；鋰電池通常包括鋰金屬電池和鋰離子電池兩大類。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。

石墨烯（Graphene）是一種納米數(shù)量級(jí)的材料，具有高強(qiáng)度、高彈性和高導(dǎo)電性等性質(zhì)，石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，呈六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。

石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，同等條件下斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm²/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。

但是，如何更好地利用石墨烯結(jié)合應(yīng)用于鋰電池，是需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新的石墨烯鋰電池。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種石墨烯鋰電池，其包括殼體與電芯；所述殼體內(nèi)部設(shè)有腔體，所述殼體的壁部向所述腔體凸設(shè)有若干條體，所述條體具有形變部；所述殼體上穿設(shè)有相互絕緣的正極耳與負(fù)極耳；所述電芯容置于所述腔體，并與至少一所述條體相接觸以使所述條體的所述形變部發(fā)生形變，所述電芯具有正電極與負(fù)電極，所述正電極與所述正極耳連接，所述負(fù)電極與所述負(fù)極耳連接；所述正電極具有正電極片，所述正電極片上設(shè)置石墨烯材料。

優(yōu)選的，所述正電極片具有長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述正電極片具有磷酸鐵鋰片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。

優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。

優(yōu)選的，所述正電極片具有鋰鎳鈷錳片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。

優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述鋰鎳鈷錳片體。

優(yōu)選的，所述正電極片具有鈷酸鋰片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。

優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述鈷酸鋰片體。

優(yōu)選的，所述正電極片具有錳酸鋰片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。

優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述錳酸鋰片體。

采用上述方案，本發(fā)明提出了正電極片上設(shè)置石墨烯材料的石墨烯鋰電池技術(shù)，并且通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)殼體，電芯在安裝時(shí)條體的形變部發(fā)生形變，使得電芯更容易安裝，且固定效果更好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明又一實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明又一實(shí)施例的殼體的壁部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明又一實(shí)施例的殼體的條體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明又一實(shí)施例的殼體的條體的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，下面的實(shí)施例可以組合使用，并且，本發(fā)明可利用各種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，不限于本說(shuō)明書所描述各個(gè)具體的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例的目的是對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容更加透徹全面地便于理解。進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一結(jié)構(gòu)固定于另一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括將該結(jié)構(gòu)直接或間接固定于該另一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者將該結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其它中間結(jié)構(gòu)固定于該另一個(gè)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)連接另一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括將該結(jié)構(gòu)直接或間接連接到該另一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者將該結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其它中間結(jié)構(gòu)連接到該另一個(gè)結(jié)構(gòu)。并且，所述的“和/或”包括了“和”與“或”兩種可能的實(shí)施例。

本發(fā)明的一個(gè)例子是，一種石墨烯鋰電池，其包括殼體與電芯；所述殼體內(nèi)部設(shè)有腔體，所述殼體的壁部向所述腔體凸設(shè)有若干條體，所述條體具有形變部；所述殼體上穿設(shè)有相互絕緣的正極耳與負(fù)極耳；所述電芯容置于所述腔體，并與至少一所述條體相接觸以使所述條體的所述形變部發(fā)生形變，所述電芯具有正電極與負(fù)電極，所述正電極與所述正極耳連接，所述負(fù)電極與所述負(fù)極耳連接；所述正電極具有正電極片，所述正電極片上設(shè)置石墨烯材料。采用上述方案，本發(fā)明提出了正電極片上設(shè)置石墨烯材料的石墨烯鋰電池技術(shù)，并且通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)殼體，電芯在安裝時(shí)條體的形變部發(fā)生形變，使得電芯更容易安裝，且固定效果更好。例如，如圖1與圖2所示，一種石墨烯鋰電池，其包括殼體100與電芯200；所述殼體內(nèi)部設(shè)有腔體，如圖3所示，所述殼體的壁部110向所述腔體凸設(shè)有若干條體111，所述條體具有形變部112；所述殼體上穿設(shè)有相互絕緣的正極耳310與負(fù)極耳320；所述電芯容置于所述腔體，并與至少一所述條體相接觸以使所述條體的所述形變部發(fā)生形變，所述電芯具有正電極210與負(fù)電極220，所述正電極210與所述正極耳310連接，所述負(fù)電極220與所述負(fù)極耳320連接；所述正電極210具有正電極片211，所述正電極片上設(shè)置石墨烯材料；又如，所述負(fù)電極220具有負(fù)電極片221，所述正電極210的所述正電極片211與所述正極耳310連接，所述負(fù)電極220的所述負(fù)電極片221與所述負(fù)極耳320連接。如圖4所示，所述形變部112具有波浪形狀，或者如圖5所示，所述條體上開(kāi)設(shè)有若干空位113。

例如，一種石墨烯鋰電池，其包括殼體與電芯。其中，所述電芯即鋰電芯，例如，所述電芯具有鋰金屬或鋰化合物；電芯設(shè)置于殼體內(nèi)部，被殼體包覆；例如，所述殼體密封或非密封所述電芯。例如，所述殼體內(nèi)部設(shè)有腔體，所述電芯容置于所述腔體，即，所述電芯容置于所述腔體內(nèi)部，亦可理解為，所述電芯容置于所述殼體內(nèi)部。

所述殼體的壁部向所述腔體凸設(shè)有若干條體，所述條體具有形變部；所述電芯容置于所述腔體，并與至少一所述條體相接觸以使所述條體的所述形變部發(fā)生形變；例如，所述條體具有彈性材質(zhì)，例如橡膠條，用于在受力時(shí)整體作為所述形變部發(fā)生形變；又如，所述條體上開(kāi)設(shè)有若干空位，所述條體用于在受力時(shí)整體作為所述形變部在各所述空位處發(fā)生形變；例如，所述條體為波浪形狀，又如，所述條體為鋸齒形狀。這樣，所述電芯容置于所述腔體，并在所述電芯容置于所述腔體時(shí)，所述電芯與至少一所述條體相接觸，以使所述條體的所述形變部發(fā)生形變，例如在各所述空位處發(fā)生形變并擠壓各所述空位，從而能夠在一定程度上固定所述電芯，在使用中提供一定的緩沖力，替代了現(xiàn)有的剛性接觸，降低了可能的碰撞力，提升了石墨烯鋰電池使用的安全性。

其中，所述殼體上穿設(shè)有極耳，極耳包括正極耳與負(fù)極耳，或者，可以理解為，所述殼體上穿設(shè)有兩個(gè)極耳，兩個(gè)極耳包括正極耳與負(fù)極耳；例如，所述殼體上穿設(shè)有相互絕緣的正極耳與負(fù)極耳；即極耳包括所述正極耳與所述負(fù)極耳，是石墨烯鋰電池產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)之一，用于從電芯中將正負(fù)極引出來(lái)，例如手機(jī)電池，藍(lán)牙電池，筆記本電池等都需要用到極耳。電池是分正負(fù)極的，極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來(lái)的金屬導(dǎo)電體，可理解為電池正負(fù)兩極的耳朵是在進(jìn)行充放電時(shí)的接觸點(diǎn)。這個(gè)接觸點(diǎn)包括電池的殼體外表的銅片或接電片，還包括電池內(nèi)部的連接體。例如，極耳設(shè)置金屬材料，又如，極耳設(shè)置金屬材料與膠片，例如，金屬材料為金屬帶或金屬片，其中，膠片是極耳上絕緣的部分，它的作用是電池或電芯封裝時(shí)防止極耳的金屬材料與電池或電芯鋁的其他金屬例如鋁塑膜之間發(fā)生短路，優(yōu)選的，電池或電芯封裝時(shí)膠片通過(guò)加熱與鋁塑膜熱熔密封粘合在一起防止漏液。例如，一個(gè)極耳是由兩片膠片把金屬帶或金屬片夾在中間。例如，所述極耳設(shè)置所述殼體內(nèi)部的本體，以及從所述本體延伸外露于所述殼體的外表面的接觸部，所述接觸部用于與外部的用電設(shè)備或電路相接觸。

為了保護(hù)極耳，例如，所述殼體上設(shè)置墊片和保護(hù)板，所述墊片具有卡合槽，所述保護(hù)板具有與所述卡合槽相匹配的卡合結(jié)構(gòu)，所述極耳穿設(shè)所述殼體及其所述墊片，且所述極耳位于所述殼體外部的部分容置于所述卡合槽中，所述保護(hù)板的所述卡合結(jié)構(gòu)與所述卡合槽相卡合，以使所述保護(hù)板處于未被拆卸狀態(tài)時(shí)，所述極耳被所述墊片與所述保護(hù)板所保護(hù)，在使用時(shí)，只需輕輕施力即可克服所述卡合的阻力，拆卸所述保護(hù)板；所述保護(hù)板可以回收再利用。又如，所述保護(hù)板設(shè)置兩個(gè)級(jí)聯(lián)端子，分別用于與其它保護(hù)板的級(jí)聯(lián)端子相連接，這樣，各所述保護(hù)板相互連在一起，易于拆除；在發(fā)貨時(shí)，優(yōu)選的，各所述保護(hù)板一體設(shè)置。例如，保護(hù)板為塑料板。為便于使用極耳，提升接觸力，例如，所述卡合槽中設(shè)有小彈塊，所述小彈塊對(duì)所述極耳施加外向微彈力，在所述保護(hù)板被拆除時(shí)，使得所述極耳發(fā)生輕微遠(yuǎn)離電極的位移。

為了適應(yīng)不同最終產(chǎn)品的需求，極耳可以設(shè)計(jì)不同的形狀；例如，所述正極耳與所述負(fù)極耳均包括矩形片狀結(jié)構(gòu)；或者，所述正極耳與所述負(fù)極耳均包括圓形片狀結(jié)構(gòu)；或者，所述正極耳與所述負(fù)極耳均包括半球形凸起結(jié)構(gòu)；或者，所述正極耳與所述負(fù)極耳均包括圓柱形凸起結(jié)構(gòu)。片狀結(jié)構(gòu)或凸起結(jié)構(gòu)能夠提升極耳在不同產(chǎn)品的不同接觸要求的應(yīng)用效果。例如，所述正極耳的所述接觸部與所述負(fù)極耳的所述接觸部均包括矩形片狀結(jié)構(gòu)、圓形片狀結(jié)構(gòu)、半球形凸起結(jié)構(gòu)或圓柱形凸起結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述接觸部，包括所述正極耳的所述接觸部與所述負(fù)極耳的所述接觸部，設(shè)置有彈性形變位置，所述接觸部的所述彈性形變位置用于在所述接觸部與外部的用電設(shè)備或電路相接觸時(shí)發(fā)生形變，以使接觸效果更牢靠。優(yōu)選的，所述彈性形變位置包括凹槽、波浪形狀或者鋸齒形狀，這樣，在所述接觸部與外部的用電設(shè)備或電路相接觸時(shí)，所述彈性形變位置發(fā)生形變，在所述接觸部與外部的用電設(shè)備或電路相分離時(shí)，所述彈性形變位置復(fù)原，從而增強(qiáng)了接觸效果，且可以保證極耳的正常使用，延長(zhǎng)其使用壽命。

例如，所述正極耳包括鋁材料；例如，所述正極耳包括金屬鋁和/或鋁化合物；和/或，所述負(fù)極耳包括鎳材料；例如，所述正極耳包括金屬鎳和/或鎳化合物。例如，所述負(fù)極耳包括基底鍍鎳材料；例如，基底采用銅材料或鋁材料或不銹鋼材料。例如，所述負(fù)極耳包括銅鍍鎳材料。優(yōu)選的，所述負(fù)極耳包括銅鍍鎳再鍍錫材料。例如，采用銅材料作為基底，在所述基底一側(cè)的一端部先鍍覆一層鎳鍍層，在所述鎳鍍層上再鍍覆一層錫鍍層，例如，銅材料為銅片或銅帶。優(yōu)選的，所述負(fù)極耳包括銅片鍍鎳再鍍錫材料。例如，所述鎳鍍層厚度為 0.5微米至2微米；又如，所述錫鍍層的厚度為 3微米至10微米。

為了提升傳導(dǎo)效果，優(yōu)選的，所述極耳的所述本體的外表面還設(shè)置石墨烯網(wǎng)格層，例如，所述石墨烯網(wǎng)格層包括一層、兩層或多層石墨烯，這樣，可以極大提升所述極耳與電極的傳導(dǎo)關(guān)系，避免內(nèi)部損耗。

其中，所述電芯具有正電極與負(fù)電極，所述正電極與所述正極耳連接，所述負(fù)電極與所述負(fù)極耳連接；即，所述電芯具有電極，所述電極包括正電極與負(fù)電極。例如，所述正電極設(shè)置石墨烯材料；和/或，所述負(fù)電極設(shè)置石墨材料。或者，所述負(fù)電極設(shè)置石墨烯材料。又如，所述正電極還設(shè)置碳納米管材料，所述碳納米管材料包括有碳納米管；例如，所述正電極還設(shè)置一層碳納米管材料。又如，所述碳納米管材料與所述石墨烯材料的質(zhì)量比例為1:1，這樣，有利于提升石墨烯鋰電池的容量倍率和低溫性能。

例如，所述正電極具有正電極片；例如，所述正電極的所述正電極片與所述正極耳連接；優(yōu)選的，所述正電極片具有長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)；例如，所述正電極片具有超多孔長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)；優(yōu)選的，所述正電極片具有長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)，且所述長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)具有框架結(jié)構(gòu)，類似于腳手架或者網(wǎng)格，所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有大量互通微孔結(jié)構(gòu)，以便于下面各實(shí)施例的摻雜材料，其中，所述超多或所述大量為超過(guò)百萬(wàn)乃至千萬(wàn)，例如所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有超過(guò)10⁸個(gè)互通微孔結(jié)構(gòu)；摻雜材料包括石墨烯材料等，具體如下面的實(shí)施例所述，在此從略；這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以極大提升石墨烯鋰電池的能量密度及電子與離子傳導(dǎo)能力。例如，所述長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)度與寬度的比例大于10；優(yōu)選的，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)度與高度的比例大于10。又如，所述正電極或所述正電極片延伸穿設(shè)所述殼體作為所述正極耳，即所述正電極或所述正電極片與所述正極耳一體設(shè)置。

例如，所述正電極片上設(shè)置石墨烯材料，其中，所述石墨烯材料中包括石墨烯，例如厚度為1至10層的石墨烯；石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料，理論厚度僅為0.34納米，具有極好的結(jié)構(gòu)特性，特別適合作為石墨烯鋰電池的材料使用；通常的，石墨烯鋰電池的充放電過(guò)程，可以理解為陽(yáng)離子在正負(fù)電極中的進(jìn)入或脫離，因此在本發(fā)明各實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)正電極或其正電極片、負(fù)電極或其負(fù)電極片的設(shè)計(jì)，例如，電極包括正電極與負(fù)電極，電極片包括正電極片與負(fù)電極片，使得電極或其電極片中的容置陽(yáng)離子的孔隙增加、易于脫出，從而提升石墨烯鋰電池充放電的速度，其中，石墨烯的孔隙約為90至320納米左右。經(jīng)測(cè)試，包括上述技術(shù)特征的各實(shí)施例，在滿足5C（單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，1A等于1C/s）條件下，15分鐘內(nèi)可充滿5000mAh，并實(shí)現(xiàn)快速充放電，而且可在-30~80℃環(huán)境下工作，循環(huán)壽命更高達(dá)3500次左右。

為了提高正極材料的電化學(xué)性能，例如，所述石墨烯材料為納米級(jí)摻雜石墨烯材料，所述納米級(jí)摻雜石墨烯材料的石墨烯中摻雜至少一種納米級(jí)金屬或納米級(jí)金屬化合物；其中，納米級(jí)金屬或納米級(jí)金屬化合物的最大長(zhǎng)度或最大粒徑小于30至50納米；優(yōu)選的，所述石墨烯材料中還摻雜納米級(jí)氧化釩，例如，納米級(jí)氧化釩為納米級(jí)二氧化釩或納米級(jí)五氧化二釩；例如，納米級(jí)氧化釩為最大長(zhǎng)度或最大粒徑小于30至50納米；又如，納米級(jí)氧化釩與石墨烯的質(zhì)量比例為5%至10%，優(yōu)選為6%至8%，例如納米級(jí)氧化釩與石墨烯的質(zhì)量比例為7%。通過(guò)摻雜納米級(jí)氧化釩對(duì)石墨烯進(jìn)行改性處理，可以極大提升充電效率，實(shí)現(xiàn)“閃充”效果，20000mAh乃至更高容量的石墨烯鋰電池的充電時(shí)間可以控制在1分鐘之內(nèi)，10000mAh的石墨烯鋰電池的充電時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室的充電時(shí)間小于20秒。優(yōu)選的，所述石墨烯材料中還摻雜納米級(jí)二氧化釕，納米級(jí)二氧化釕與石墨烯的質(zhì)量比例為0.5%至1.5%，優(yōu)選為1%至1.2%，例如納米級(jí)二氧化釕與石墨烯的質(zhì)量比例為1.1%。納米級(jí)二氧化釕化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，配合納米級(jí)氧化釩，還有一定的催化作用，有助于提升石墨烯的孔隙進(jìn)出效率，從而提升充電效率；經(jīng)充電前后試驗(yàn)對(duì)比，所述納米級(jí)摻雜石墨烯材料在充電后基本上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化鋰離子，所述納米級(jí)摻雜石墨烯材料在放電后，石墨烯孔隙中存在基本滿載的過(guò)氧化鋰離子。優(yōu)選的，所述石墨烯材料中還摻雜氮原子，即氮摻雜石墨烯，這樣有利于在石墨烯表面誘導(dǎo)形成高的局域電荷及自旋密度，從而提高其化學(xué)活性，但是大量的氮原子摻雜到石墨烯晶格里，則會(huì)降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此氮的含量不宜過(guò)高，優(yōu)選的，氮與石墨烯的質(zhì)量比例為0.05%至0.6%；優(yōu)選為0.1%至0.2%；例如氮與石墨烯的質(zhì)量比例為0.15%。

例如，所述正電極片上設(shè)置石墨烯材料，所述石墨烯材料中包括第一石墨烯層，又如，所述正電極片上設(shè)置第一石墨烯層。優(yōu)選的，所述第一石墨烯層為一層石墨烯；或者，所述第一石墨烯層為兩層石墨烯。優(yōu)選的，所述第一石墨烯層包括一層石墨烯或兩層石墨烯，并且，每層石墨烯為納米級(jí)摻雜石墨烯材料，即，每層石墨烯為一層納米級(jí)摻雜石墨烯材料，亦可理解為每層石墨烯為一納米級(jí)摻雜石墨烯材料層；優(yōu)選的，所述正電極片具有磷酸鐵鋰片體，例如，所述磷酸鐵鋰片體具有長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)，其他實(shí)施例以此類推；又如，所述磷酸鐵鋰片體上設(shè)置所述石墨烯材料和/或所述第一石墨烯層，其他實(shí)施例以此類推；又如，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。又如，所述正電極片具有鋰鎳鈷錳片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述鋰鎳鈷錳片體。又如，所述正電極片具有鈷酸鋰片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述鈷酸鋰片體。又如，所述正電極片具有錳酸鋰片體，所述石墨烯材料至少部分覆蓋所述磷酸鐵鋰片體。優(yōu)選的，所述石墨烯材料全部覆蓋所述錳酸鋰片體。

例如，所述負(fù)電極具有負(fù)電極片，例如，所述負(fù)電極的所述負(fù)電極片與所述負(fù)極耳連接。又如，所述負(fù)電極或所述負(fù)電極片延伸穿設(shè)所述殼體作為所述負(fù)極耳，即所述負(fù)電極或所述負(fù)電極片與所述負(fù)極耳一體設(shè)置。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片具有長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)，且所述長(zhǎng)條形片體結(jié)構(gòu)具有框架結(jié)構(gòu)，類似于腳手架或者網(wǎng)格，所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有大量互通微孔結(jié)構(gòu)，以便于下面各實(shí)施例的摻雜材料，其中，所述大量為超過(guò)百萬(wàn)乃至千萬(wàn)，例如所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有超過(guò)10⁸個(gè)互通微孔結(jié)構(gòu)；摻雜材料包括石墨烯材料等，具體如下面的實(shí)施例所述，在此從略。例如，所述負(fù)電極片具有Li_2.6Co_0.4N，其中，Li_2.6Co_0.4N為層狀結(jié)構(gòu)，Li2N形成層面鋰嵌入在層間，Co替代部分鋰穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有非常高的嵌鋰容量，較好的循環(huán)性能，較合理的嵌鋰電位，平均嵌鋰電位約為0.3V；為了提升充放電效率，優(yōu)選的，所述負(fù)電極片還具有Sn基復(fù)合物，例如Sn基復(fù)合氧化物或Sn基復(fù)合氮化物，例如，Sn基復(fù)合物與Li_2.6Co_0.4N的質(zhì)量比例為5%至20%。采用Sn基復(fù)合物與Li_2.6Co_0.4N的復(fù)合電極材料具備較好的電性能，第一周充放電效率可達(dá)100%。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片具有Li₄Ti₅O₁₂（尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰），尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰在鋰離子嵌入、脫出過(guò)程中結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化，具有較好的安全性和優(yōu)異的循環(huán)性能。例如，Li₄Ti₅O₁₂為納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片具有碳包裹或石墨包裹的納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片具有Li_2.6Co_0.4N與Li₄Ti₅O₁₂，兩者的質(zhì)量比例為1:（4~6），其中，Li_2.6Co_0.4N為納米級(jí)Li_2.6Co_0.4N，Li₄Ti₅O₁₂為碳包裹或石墨包裹的納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂。例如，Li_2.6Co_0.4N與Li₄Ti₅O₁₂，兩者的質(zhì)量比例為1:5。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片具有Li_2.6Co_0.4N與Li₄Ti₅O₁₂，兩者的質(zhì)量比例為1:（4~6），其中，Li_2.6Co_0.4N為納米級(jí)Li_2.6Co_0.4N，Li₄Ti₅O₁₂為石墨烯包裹的納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂。進(jìn)一步的，所述負(fù)電極片具有石墨烯包裹的納米級(jí)Li_2.6Co_0.4N與納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂，兩者的質(zhì)量比例為1:（4~6）。這樣，可以顯著提高石墨烯鋰電池的比容量、高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

例如，所述負(fù)電極片上設(shè)置石墨材料。例如，所述石墨材料包括天然石墨或人工石墨；石墨為層狀結(jié)構(gòu)，由碳網(wǎng)平面堆積而成，層間距約為0.34nm。平面碳層由碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸，碳層間以弱的范德華力結(jié)合，這樣，鋰可以嵌在碳層之間。石墨的實(shí)際比容量為320至340mAh/g。平均嵌鋰電位約為0.1V，第一周充放電效率約為82%至84%，循環(huán)性能好，且價(jià)格低廉。

為提升充放電效率，優(yōu)選的，所述負(fù)電極片上設(shè)置有石墨烯材料。石墨烯材料用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，石墨烯的電化學(xué)儲(chǔ)能性能優(yōu)于石墨，而且其充電速度比石墨快十倍，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，此外，石墨烯鋰電池的負(fù)載能力也會(huì)得到提升。對(duì)于石墨負(fù)極，鋰離子會(huì)沉積在負(fù)極表面形成枝晶，石墨烯完美地解決這一問(wèn)題，使得鋰離子可以通過(guò)表面10至20nm的微小孔洞在石墨烯片間很好地存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速充電和能量的最佳存儲(chǔ)，存儲(chǔ)能量可以提高近10倍。例如，所述負(fù)電極片上設(shè)置有石墨材料與石墨烯材料，兩者的質(zhì)量比例為（3~5）:1。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片上設(shè)置第二石墨烯層。優(yōu)選的，所述第二石墨烯層為一層石墨烯；或者，所述第二石墨烯層為兩層石墨烯。優(yōu)選的，所述負(fù)電極片為石墨片體，所述石墨片體上設(shè)置有石墨烯材料；例如，所述石墨片體上設(shè)置所述第二石墨烯層。這樣，一方面是利用石墨烯片層的柔韌性來(lái)緩沖負(fù)電極或負(fù)電極片在多次循環(huán)過(guò)程中的體積變化，另一方面利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能可以改善材料顆粒間的電接觸以降低極化，從而能夠提升石墨烯鋰電池的電化學(xué)性能。需要說(shuō)明的是，一般情況下僅在正電極與負(fù)電極中的一個(gè)設(shè)置石墨烯材料，必要時(shí)可以在正電極與負(fù)電極中均設(shè)置石墨烯材料，但是需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試其性能。

例如，所述電芯具有正電極、隔膜與負(fù)電極，所述隔膜設(shè)置于所述正電極與所述負(fù)電極之間。例如，隔膜的基體材料包括聚丙烯和/或聚乙烯材料。隔膜上具有若干微孔結(jié)構(gòu)，例如，所述微孔結(jié)構(gòu)為圓形、橢圓形、梭形或扁平形狀；例如，所述隔膜為單層PP、單層PE或三層PP/PE/PP復(fù)合膜。優(yōu)選的，所述隔膜為單層隔膜。例如，所述單層隔膜為聚乙烯薄膜；或者，所述單層隔膜為聚丙烯薄膜。優(yōu)選的，所述隔膜為多層隔膜。例如，所述多層隔膜為三層薄膜。例如，所述三層隔膜為三層聚丙烯薄膜。優(yōu)選的，所述隔膜為復(fù)合隔膜，亦稱多層復(fù)合膜。例如，所述復(fù)合隔膜為聚乙烯薄膜與聚丙烯薄膜的復(fù)合體。優(yōu)選的，所述復(fù)合隔膜為聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜與氯化聚丙烯薄膜的復(fù)合體，或聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜與聚丙烯薄膜的復(fù)合體。隔膜的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)電池安全性能至關(guān)重要，當(dāng)電池在過(guò)度充電或溫度過(guò)高的情況下，隔膜會(huì)關(guān)閉孔隙，在電池內(nèi)部形成斷路，限制電流升高，防止溫度進(jìn)一步升高。隔膜的閉孔溫度與其使用的基材有關(guān)，PP隔膜的閉孔溫度較高，同時(shí)熔斷溫度也很高；PE隔膜的閉孔溫度和熔斷溫度都較低。其中，熔斷溫度是指在此溫度或以上，隔膜完全融化收縮，電極內(nèi)部短路產(chǎn)生高溫，造成電池解體甚至爆炸。因此，優(yōu)選具有較低的閉孔溫度和較高的熔斷溫度的多層復(fù)合膜。多層復(fù)合膜的應(yīng)用結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，PE在兩層PP之間可以起到熔斷保險(xiǎn)絲的作用。為了避免過(guò)充時(shí)發(fā)生短路，又如，多層復(fù)合膜中的其中一層，例如三層隔膜中的中間層或者任一層，還涂設(shè)有三氧化二鋁涂層。

為了提升隔膜的耐高溫性能，避免隔膜因高溫發(fā)生破膜或收縮而造成電池內(nèi)部短路所帶來(lái)的安全隱患，優(yōu)選的，隔膜的表面還設(shè)置納米保護(hù)層，例如，所述納米保護(hù)層包括納米級(jí)甲殼素纖維層、納米級(jí)聚氨酯甲殼素纖維層、納米級(jí)聚偏氟乙烯層、納米級(jí)二氧化硅層和/或納米級(jí)三氧化二鋁層等。例如，隔膜的一表面設(shè)置納米級(jí)甲殼素纖維層，和/或，隔膜的另一表面設(shè)置納米級(jí)二氧化硅層；又如，隔膜的一表面設(shè)置納米級(jí)聚氨酯甲殼素纖維層，和/或，隔膜的另一表面設(shè)置納米級(jí)二氧化硅層與納米級(jí)甲殼素纖維層。這樣，采用納米保護(hù)層，尤其是納米級(jí)甲殼素纖維層等，一方面可以提升隔膜的耐高溫性能，另一方面能夠提升隔膜的物理強(qiáng)度，使其不易破膜。

例如，所述電芯具有正電極、電解質(zhì)、隔膜與負(fù)電極，所述隔膜設(shè)置于所述正電極與所述負(fù)電極之間；其中，優(yōu)選的，所述電解質(zhì)包括鋰鹽。優(yōu)選的，所述電解質(zhì)還包括鈉鹽。優(yōu)選的，所述鈉鹽與所述鋰鹽的質(zhì)量比例小于30%。優(yōu)選的，所述鋰鹽包括高氯酸鋰；和/或，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰；和/或，所述鋰鹽包括四氟硼酸鋰。采用合適的電解質(zhì)，有助于提升提高擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率，即提升石墨烯鋰電池的性能。

優(yōu)選的，所述電解質(zhì)包括聚合物，即所述電解質(zhì)包括聚合物電解質(zhì)。例如，所述聚合物為凝膠聚合物。優(yōu)選的，所述聚合物為多孔凝膠聚合物。凝膠聚合物，亦稱聚合物凝膠，是物質(zhì)介于固體和液體之間的一種特殊狀態(tài)，既有固體的一些性質(zhì)，如具有一定的幾何外形、一定的強(qiáng)度、彈性和屈服值等；也有液體的某些性質(zhì)，如離子在凝膠中的擴(kuò)散速率接近于離子在相應(yīng)液體電解質(zhì)中的擴(kuò)散速率，其電導(dǎo)率接近于有機(jī)液體電解質(zhì)。例如，在固態(tài)聚合物電解質(zhì)中加入一種或幾種增塑劑即可形成凝膠聚合物電解質(zhì)。凝膠聚合物電解質(zhì)可以通過(guò)化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)的機(jī)理來(lái)得到。

例如，所述凝膠聚合物包括氧化乙烯單元和氧化丙烯單元。為了提高擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率，優(yōu)選的，所述凝膠聚合物包括PVDF、PMMA和PVDF三層結(jié)構(gòu)，這樣，外層PVDF為多孔結(jié)構(gòu)，提供良好的離子通道；中間層PMMA為實(shí)心結(jié)構(gòu)，具有良好的吸液性能；并且，可以解決PMMA聚合物在電解液中的溶解問(wèn)題，能夠提升提高擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率。優(yōu)選的，所述凝膠聚合物還包括若干石墨烯，例如，所述凝膠聚合物還包括質(zhì)量比例為1%至5%的石墨烯，即，石墨烯在全部凝膠聚合物的質(zhì)量比例為1%至5%。由于石墨烯的二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)，因此添加了石墨烯的凝膠聚合物具有極其優(yōu)異的電子傳輸能力。采用石墨烯的凝膠聚合物作為電解質(zhì)，或者，所述電解質(zhì)包括具有石墨烯的凝膠聚合物電解質(zhì)，亦可稱為石墨烯凝膠聚合物電解質(zhì)，通過(guò)利用石墨烯的電子傳輸能力，可以同時(shí)具備傳統(tǒng)電池與鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為石墨烯鋰電池使用。優(yōu)選的，所述凝膠聚合物還包括添加劑，添加劑在全部凝膠聚合物的質(zhì)量比例為0.5%至3%。例如，所述添加劑包括有機(jī)溶劑，例如，所述添加劑包括馬來(lái)酰亞胺或其衍生物。優(yōu)選的，所述添加劑還包括酯類，例如乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙二醇碳酸酯等。

為了降低石墨烯鋰電池持續(xù)高溫可能存在爆炸危險(xiǎn)的傷害程度，例如，所述殼體的所述壁部穿設(shè)若干通孔；這樣，在發(fā)生爆炸或燃燒時(shí)，高壓氣體能夠從通孔泄出部分，避免了暴發(fā)過(guò)于劇烈，從而能夠舒緩爆炸或燃燒的威力。為了保持電芯的密閉環(huán)境，優(yōu)選的，每一所述通孔上設(shè)置薄膜，使得所述殼體內(nèi)部形成密封環(huán)境或近似密封環(huán)境；這樣，在發(fā)生爆炸時(shí)，薄膜的物理強(qiáng)度低于壁部的物理強(qiáng)度，薄膜先行裂開(kāi)，高壓氣體能夠先從通孔泄出部分，對(duì)于殼體或壁部的威脅就小一些，甚至還可以保護(hù)壁部。例如，所述殼體具有頂部、壁部與底部，為了便于生產(chǎn)，所述壁部的內(nèi)表面設(shè)置一層薄膜，所述壁部的內(nèi)表面即所述壁部向所述腔體的一面，亦即所述殼體的壁部向所述腔體凸設(shè)有若干條體的一面；例如，所述薄膜為塑料薄膜；優(yōu)選的，所述薄膜為單透膜，所述單透膜具有從所述殼體內(nèi)部向所述殼體外部的單向透過(guò)性，其中所述殼體內(nèi)部的氣體小分子可以從所述殼體內(nèi)部向所述殼體外部逸散；這樣，可以避免由于內(nèi)部壓力過(guò)大發(fā)生的鼓包事故，還能在發(fā)生爆炸危險(xiǎn)之前先通過(guò)所述單透膜散逸出部分氣體，在發(fā)生爆炸危險(xiǎn)時(shí)，所述薄膜或所述單透膜先行裂開(kāi)，高壓氣體能夠先從通孔泄出部分，從而降低了爆炸威力，能夠?qū)τ脩籼峁┮欢ǖ谋Ｗo(hù)。優(yōu)選的，使用所述石墨烯鋰電池的產(chǎn)品還配合設(shè)計(jì)若干散氣通道，能夠達(dá)到更好的安全效果。

優(yōu)選的，所述通孔的孔徑小于100納米；例如，所述通孔的孔徑小于50納米；優(yōu)選的，所述通孔的孔徑小于10納米。優(yōu)選的，所述殼體包括外殼與內(nèi)殼，所述外殼設(shè)置若干所述通孔。優(yōu)選的，所述內(nèi)殼的物理強(qiáng)度低于所述外殼的物理強(qiáng)度；這樣，在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，內(nèi)殼先潰裂，吸收一部分能量，再通過(guò)所述外殼的各所述通孔泄壓，能夠?qū)τ脩籼峁┮欢ǖ谋Ｗo(hù)。優(yōu)選的，所述內(nèi)殼具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的孔徑大于所述通孔的孔徑。例如，所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的面積超過(guò)所述通孔的面積的2倍。優(yōu)選的，所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的面積超過(guò)所述通孔的面積的7倍。又如，所述內(nèi)殼的強(qiáng)度大于所述外殼的強(qiáng)度。例如，具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)殼的強(qiáng)度大于所述外殼的強(qiáng)度，這樣，可以通過(guò)網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與通孔進(jìn)行多層泄壓。優(yōu)選的，所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與所述通孔錯(cuò)落設(shè)置，即所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與所述通孔非相對(duì)設(shè)置，或者說(shuō)，所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的延伸與所述通孔的延伸平行且完全不重合，這樣，爆炸氣體不能直接貫穿所述網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與所述通孔，需要在所述內(nèi)殼與所述外殼之間略作分散或彎折，從而能夠在一定程度上降低爆炸威力。優(yōu)選的，所述內(nèi)殼與所述外殼之間還設(shè)有阻燃層，例如鋁類阻燃劑如三氧化二鋁，或者有機(jī)磷類阻燃劑等；又如，所述阻燃層為涂層，例如，所述阻燃層為阻燃涂層，例如，所述阻燃涂層涂設(shè)于所述內(nèi)殼朝向所述外殼的一面或者所述外殼朝向所述內(nèi)殼的一面；又如，所述內(nèi)殼為甲殼素纖維層，其朝向所述外殼的一面涂設(shè)所述阻燃涂層。這樣，具有較好的防暴阻燃效果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例還包括，上述各實(shí)施例的各技術(shù)特征，相互組合形成的石墨烯鋰電池，亦可稱為鋰電池。

需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。