一种基于碳纳米管膜的自加热电池及其制备方法技术

本公开涉及一种基于碳纳米管膜的自加热电池及其制备方法，该自加热电池包括：电池外壳、设置于所述电池外壳中的极片组和柔性碳纳米管膜，所述柔性碳纳米管膜与极片组通过第一隔膜相隔开；所述极片组包括正极片、负极片、第二隔膜和电解质，所述第二隔膜隔开所述正极片和负极片，所述电解质填充于所述正极片、负极片和第二隔膜之间；所述正极片设置有正极极耳，所述负极片设置有负极极耳，所述柔性碳纳米管膜设置有用于与所述正极极耳相连的第一极耳和用于与所述负极极耳相连的第二极耳。本公开提供的自加热电池升温速度快，加热效率高，安全可靠。

A self-heating battery based on carbon nanotube film and its preparation method

The present disclosure relates to a self-heating battery based on carbon nanotube film and a preparation method thereof. The self-heating battery comprises a battery shell, a polar sheet set in the battery shell and a flexible carbon nanotube film, which is separated from the polar sheet group by a first diaphragm; the polar sheet group comprises a positive plate, a negative plate, a second diaphragm and an electrolyte, and the second diaphragm. The membrane separates the positive plate and the negative plate, and the electrolyte is filled between the positive plate, the negative plate and the second diaphragm; the positive plate is provided with a positive ear, the negative plate is provided with a negative ear, and the flexible carbon nanotube film is provided with a first ear connected with the positive ear and a second ear connected with the negative ear. The self-heating battery provided in the present disclosure has the advantages of fast heating speed, high heating efficiency, safety and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管膜的自加热电池及其制备方法
本公开涉及电池
，具体地，涉及一种基于碳纳米管膜的自加热电池及其制备方法。
技术介绍
随着高新技术的快速发展，移动便携式电子设备给人类带来了很大方便，但是随着电子设备的使用要求越来越高，对电池的性能标准要求也越来越高，像续航时间、低温环境使用待机时间、电池能量密度等；目前锂离子电池在低温-20到-45℃的容量发挥仅在正常情况下10％-30％左右，在我国东北地区手机存在不能开机的问题，大大影响人们的生活。由于在低温环境下电池活性材料电导率、电解液锂离子迁移率、电化学反应速率都会降低，导致电池充放电使用效率严重降低，所以对于解决锂离子电池能在低温状态下发挥优异的电化学性能提出新的挑战。为了满足电池低温环境下使用要求，学者们设计了在电池材料、电解液、电池系统、电芯电池系统内外部加热等许多方法，但电池本身温度是电性能发挥的主要影响因素，所以如何对电芯进行有效加热是亟待解决的技术问题。中国专利(CN104064836A)公开了一种锂离子电池的低温自加热方法，该方法利用脉冲电池振幅充放电方式实现了锂离子电池的低温自加热，该方法需要具备充电装置、加热设备、电池管理系统等，整个自加热系统比较复杂，体积较大，距离广泛应用比较遥远。中国专利(CN206976535U)公开了一种快速加热电池方法，该方法采用金属加热片放置于电池电芯内部，引出两个极耳，在使用时直接将电池正负极接与加热片极耳，这种方法能够实现快速对电芯加热，但在快速加热时需要严格控制温度和时间，否则会导致隔膜闭孔、短路、电解液分解、安全系数低，存在电路设计复杂，温度控制检测准确度差等缺点，而且金属加热片对电芯和隔膜也存在损害作用，容易在外力作用下刺穿隔膜和集流体。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种基于碳纳米管膜的自加热电池及其制备方法，本公开提供的自加热电池升温速度快，加热效率高，安全可靠。为了实现上述目的，本公开提供一种基于碳纳米管膜的自加热电池，该自加热电池包括电池外壳、设置于所述电池外壳中的极片组和柔性碳纳米管膜，所述柔性碳纳米管膜与极片组通过第一隔膜相隔开；所述极片组包括正极片、负极片、第二隔膜和电解质，所述第二隔膜隔开所述正极片和负极片，所述电解质填充于所述正极片、负极片和第二隔膜之间；所述正极片设置有正极极耳，所述负极片设置有负极极耳，所述柔性碳纳米管膜设置有用于与所述正极极耳相连的第一极耳和用于与所述负极极耳相连的第二极耳。可选的，所述自加热电池包括多个极片组，所述柔性碳纳米管膜位于相邻极片组之间、位于所述多个极片组的同一侧或位于多个极片组外周。可选的，所述极片组中的电解质为液态、半固态、准固态或全固态。可选的，所述正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰三元材料和磷酸铁锂中的一种或多种，所述正极集流体为碳纳米管宏观膜；所述负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极材料，所述负极材料包括选自钛酸锂、硫、硅、石墨、硅碳和铝粉中的一种或多种，负极集流体为碳纳米管宏观膜。可选的，所述柔性碳纳米管膜的拉伸强度为10Pa-10000MPa，厚度为大于0至1000μm，电阻率为大于0至1000Ωm，面密度为大于0至100mg/cm2。本公开还提供所提供的自加热电池的制备方法，该制备方法包括：将正极片与负极片放入电池外壳中，并通过第二隔膜将正极片与负极片隔开；将柔性碳纳米管膜放入电池外壳中，并通过第一隔膜将柔性碳纳米管膜与相邻的正极片和/或负极片隔开；将电解液加入所述电池外壳中。可选的，所述柔性碳纳米管膜的制备步骤包括：将二茂铁和噻吩溶解到溶剂中，得到混合溶液；其中，该混合溶液中二茂铁的浓度为0.1-10mg/mL，噻吩的浓度为1-50μL/mL，所述溶剂包括甲醇和正己烷，甲醇与正己烷的体积比为(4-15)：1；将所得混合溶液通入裂解炉中进行裂解反应，得到碳纳米管宏观体；其中，所述裂解反应的温度为1000-1400℃，时间为1-30min；将碳纳米管宏观体通过拉伸的方式收集在通过润湿液进行表面润湿的基板上，其中，所述润湿液为5-50体积％的乙醇水溶液。可选的，所述正极片的制备步骤包括：将正极集流体的正极极耳遮挡住，然后将正极浆料涂覆在正极集流体的表面，其中，所述正极浆料的涂覆厚度为1至500μm，面密度为1至30mg/cm2；所述正极浆料包括正极材料、粘结剂、导电剂和溶剂，以所述正极材料、粘结剂和导电剂的总重量为基准，所述粘结剂的比例为1-6重量％，导电剂的重量为1-10重量％；以正极浆料的重量为基准，正极浆料的固含量为40-80重量％；所述粘结剂为选自碳黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；将涂覆后的正极集流体进行干燥和辊压；其中，干燥的温度为100-160℃，时间为0.1-10h；辊压的压力为0.01-10T。可选的，所述负极片的制备步骤包括：将负极集流体的负极极耳遮挡住，然后将负极浆料涂覆在负极集流体的表面，其中，所述负极浆料的涂覆厚度为大于0至600μm，面密度为大于0至30mg/cm2；所述负极浆料包括负极材料、粘结剂、导电剂和溶剂，以所述负极材料、粘结剂和导电剂的总重量为基准，所述粘结剂的比例为1-15重量％，导电剂的重量为1-10重量％；以负极浆料的重量为基准，负极浆料的固含量为40-80重量％；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为选自碳黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；将涂覆后的负极集流体进行干燥和辊压；其中，干燥的温度为100-160℃，时间为0.1-10h；辊压的压力为0.01-10T。可选的，所述正极集流体和负极集流体为碳纳米管宏观膜，所述碳纳米管宏观膜的制备步骤包括：将二茂铁和噻吩溶解到溶剂中，得到混合溶液；其中，该混合溶液中二茂铁的浓度为5-15mg/mL，噻吩的浓度为1-5μL/mL，所述溶剂包括甲醇和正己烷，甲醇与正己烷的体积比为(4-15)：1；将所得混合溶液通入裂解炉中进行裂解反应，得到碳纳米管宏观体；其中，所述裂解反应的温度为1000-1400℃，时间为1-5min；将碳纳米管宏观体通过拉伸的方式收集在通过润湿液进行表面润湿的基板，其中，所述分散液为5-50体积％的乙醇水溶液。本公开与现有自加热电池相比较具有如下优点：第一、本公开采用柔性碳纳米管膜作为电池发热体，该膜面密度低、可任意弯曲、不会对隔膜等材料造成伤害，具有良好的发热效果，发热功率可根据膜的面积大小进行调节，发热均匀；发热体可根据需要作为夹层在多个极片组中间使用或在多个极片组周围包袱一层，使得电池受热均匀，从而达到提高低温状态下电池电化学性能的发挥效果；第二，本公开所使用的加热体为柔性碳纳米管膜，正负集流体优选为碳纳米管宏观膜，整个电池结构可以不涉及金属箔材料，因而在电池的质量减小以及电池能量密度方面具有很大优势；第三、本公开所使用的柔性碳纳米管膜发热比较均匀，热能转化率效果高，碳纳米管宏观膜的表面粗糙孔隙率高，承载电极活性材料粘结比较紧密，不会发生材料掉粉，大幅度提高电子传输能力；第四、本公开电池制备工艺简单，工艺步骤容易与目前成熟工艺结合，易实现产业化，极片组和柔性碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳纳米管膜的自加热电池，该自加热电池包括电池外壳、设置于所述电池外壳中的极片组和柔性碳纳米管膜(1)，所述柔性碳纳米管膜(1)与极片组通过第一隔膜(2)相隔开；所述极片组包括正极片(3)、负极片(4)、第二隔膜(5)和电解质，所述第二隔膜(5)隔开所述正极片(3)和负极片(4)，所述电解质填充于所述正极片(3)、负极片(4)和第二隔膜(5)之间；所述正极片(3)设置有正极极耳(31)，所述负极片(4)设置有负极极耳(41)，所述柔性碳纳米管膜(1)设置有用于与所述正极极耳(31)相连的第一极耳(11)和用于与所述负极极耳(41)相连的第二极耳(12)。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管膜的自加热电池，该自加热电池包括电池外壳、设置于所述电池外壳中的极片组和柔性碳纳米管膜(1)，所述柔性碳纳米管膜(1)与极片组通过第一隔膜(2)相隔开；所述极片组包括正极片(3)、负极片(4)、第二隔膜(5)和电解质，所述第二隔膜(5)隔开所述正极片(3)和负极片(4)，所述电解质填充于所述正极片(3)、负极片(4)和第二隔膜(5)之间；所述正极片(3)设置有正极极耳(31)，所述负极片(4)设置有负极极耳(41)，所述柔性碳纳米管膜(1)设置有用于与所述正极极耳(31)相连的第一极耳(11)和用于与所述负极极耳(41)相连的第二极耳(12)。2.根据权利要求1所述的自加热电池，其中，所述自加热电池包括多个极片组，所述柔性碳纳米管膜(1)位于相邻极片组之间、位于所述多个极片组的同一侧或位于多个极片组外周。3.根据权利要求1所述的自加热电池，其中，所述极片组中的电解质为液态、半固态、准固态或全固态。4.根据权利要求1所述的自加热电池，其中，所述正极片(3)包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰三元材料和磷酸铁锂中的一种或多种，所述正极集流体为碳纳米管宏观膜；所述负极片(4)包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极材料，所述负极材料包括选自钛酸锂、硫、硅、石墨、硅碳和铝粉中的一种或多种，负极集流体为碳纳米管宏观膜。5.根据权利要求1所述的自加热电池，其中，所述柔性碳纳米管膜(1)的拉伸强度为10Pa-10000MPa，厚度为大于0至1000μm，电阻率为大于0至1000Ωm，面密度为大于0至100mg/cm2。6.一种权利要求1-5中任意一项所述的自加热电池的制备方法，该制备方法包括：将正极片与负极片放入电池外壳中，并通过第二隔膜将正极片与负极片隔开；将柔性碳纳米管膜放入电池外壳中，并通过第一隔膜将柔性碳纳米管膜与相邻的正极片和/或负极片隔开；将电解液加入所述电池外壳中。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述柔性碳纳米管膜的制备步骤包括：将二茂铁和噻吩溶解到溶剂中，得到混合溶液；其中，该混合溶液中二茂铁的浓度为0.1-10mg/mL，噻吩的浓度为1-50μL/mL，所述溶剂包括甲醇和正己烷，甲醇与正己烷的体积比为(4-15)：1；将所得混合溶液通入裂解炉中进行裂解反应，得到碳纳米管宏观体；其中，所述裂解反应的温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清辉，史晨星，杨鹏，李华锋，吴子平，
申请(专利权)人：北京旭江科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11