一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，包括前后间隔分布的前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)；前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔内，从上到下间隔设置有多个横向分布的储液夹层(2)；储液夹层(2)，用于将前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔，分隔成多个独立的储液通道；每个储液夹层(2)包括多个依次连接在一起夹层单体(4)；夹层单体为开口向上的凹槽结构；任意相邻的两个夹层单体之间的连接处，开有垂直上下贯通的互通孔(3)。本发明专利技术结构设计科学，可控实现电解液分级储存在不同高度层级处，从而防止了因电解液缺乏而导致的电池安全及电性能问题。

A three-dimensional sandwich membrane structure with graded liquid retention capacity

【技术实现步骤摘要】
一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构
本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构。
技术介绍
电池作为当下绿色能源发展的主力军，其电性能以及安全性是人们关注的重点。而隔膜作为电池主要组成部分，其对电池起到举足轻重的作用。目前，电池在电池包(PACK)中的排布方式主要为直立式放置，这种放置方式，必然会使得电解液因重力作用，部分沉聚在电池底部。而当电解液需要被启用时，往往需要一定的时间才能将底部的电解液传递到上部，因此便会产生浓度差，严重影响了电池的倍率性能。同时，电池极组在卷绕时，由于张力不同导致部分位置的张力增大，相应部分电解液量会降低，造成在充放电过程中，会因电解液缺乏造成析锂或者死区，严重影响电池的安全性能。因此，针对以上问题，目前迫切需要开发出相应的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构。为此，本专利技术提供了一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，包括前后间隔分布的前表面层基膜和后表面层基膜；前表面层基膜和后表面层基膜之间的空腔内，从上到下依次间隔设置有多个横向分布的储液夹层；储液夹层，用于将前表面层基膜和后表面层基膜之间的空腔，分隔成多个独立的储液通道；每个储液夹层包括多个依次连接在一起夹层单体；夹层单体为开口向上的凹槽结构；任意相邻的两个夹层单体之间的连接处，开有垂直上下贯通的互通孔。其中，多个储液夹层等间隔分布在前表面层基膜和后表面层基膜之间的空腔内。其中，夹层单体为开口向上的V型或者凹字形结构。其中，前表面层基膜和后表面层基膜的厚度为2～50um。其中，电池三维夹层隔膜结构的具体制备工序为：首先，后表面层基膜表面，通过模具注塑方法形成多个储液夹层和后表面层基膜的初步复合，获得初步复合体，其中，两个夹层单体中间留有互通孔3；随后，在储液夹层的前侧表面覆盖前表面层基膜，并控制热温度50～120℃，使初步复合体与前表面层基膜粘结，最终形成电池三维夹层隔膜结构。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，其结构设计科学，可以可控实现电解液分级储存在不同高度层级处，从而防止了因电解液缺乏而导致的电池安全及电性能问题，具有重大的生产实践意义。此外，本专利技术提供的具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，灵活性较高，可以根据极片不同位置涂覆量的差异，灵活设计通道尺寸、分布位置以及密集度，从而可控定向分布电液。目前所有的隔膜都不具备此结构及功能。附图说明图1为本专利技术提供的一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构的立体分解结构示意图；图3为本专利技术提供的一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构中，V型结构的夹层单体的结构示意图；图4为本专利技术提供的一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构中，V型结构的夹层单体的微观形貌示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1至图4，本专利技术提供了一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，包括前后间隔分布的前表面层基膜11和后表面层基膜12；前表面层基膜11和后表面层基膜12之间的空腔内，从上到下依次间隔设置有多个横向分布的储液夹层2；储液夹层2，用于将前表面层基膜11和后表面层基膜12之间的空腔，分隔成多个独立的储液通道(即多级储存电解液的通道、空腔)；每个储液夹层2包括多个依次连接在一起夹层单体4；夹层单体4为开口向上的凹槽结构(底部密封)；任意相邻的两个夹层单体4之间的连接处，开有垂直上下贯通的互通孔3。在本专利技术中，具体实现上，多个储液夹层2等间隔分布在前表面层基膜11和后表面层基膜12之间的空腔内。在本专利技术中，具体实现上，夹层单体4优选为开口向上的V型或者凹字形结构，但不局限与此形状。在本专利技术中，具体实现上，储液夹层2存在于两基膜平面层(即前表面层基膜11和后表面层基膜12)中间，通过胶连作用组合在一起。在本专利技术中，具体实现上，前表面层基膜11和后表面层基膜12的厚度为2～50um。在本专利技术中，具体实现上，储液夹层2中连接互通孔3的孔道深度以及宽度，可以根据注液量灵活设计，尺寸范围全部包括在本专利保护范围内。需要说明的是，对于本专利技术，电解液在注入后，会分级保留在电芯的隔膜结构在不同高度方向上的多级储液通道内。且多层通道间具有一定的互通孔，但不影响通道内长久储存电解液。在本专利技术中，具体实现上，前表面层基膜11和后表面层基膜12的材质，可以采用聚烯烃类材料，通过现有的干法或湿法制备，可以采用现有技术成熟的电池隔膜基膜。在本专利技术中，具体实现上，位于前表面层基膜11和后表面层基膜12之间的储液夹层2，为PVDF(聚偏氟乙烯)胶制成的立体结构(但不局限于PVDF类物质，凡是可以满足制成设计结构的材料都在保护范围内)，其PVDF原料粉体尺寸为纳米级，非晶态区保持范围10～40％，将重量比为20％～67％的纳米级PVDF粉体溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)或者DMF(二甲基甲酰胺)或万基甜菜碱BS-12乳液中，加热温度30℃以上，搅拌时间30min，充分溶解纳米级PVDF，至胶液粘度为2000～7000/cp。在本专利技术中，具体实现上，本专利技术的电池三维夹层隔膜结构的具体制备工序为：首先，按照设定，在聚烯烃类的后表面层基膜12表面，通过模具注塑方法(现有的)形成连续夹层体(即多个储液夹层2)和后表面层基膜12的初步复合，获得初步复合体，其中，两个V形的夹层单体4中间留有微小空隙(互通孔3)，以保证注入电解液时，电解液能够在多层储液通道之间传递；随后，在储液夹层2的前侧表面覆盖前表面层基膜11，并控制热温度50～120℃，使初步复合体与前表面层基膜11粘结，最终形成电池三维夹层隔膜结构。需要说明的是，对于储液夹层2，其采用的胶体应不局限与PVDF胶，包括范围扩展到任何能构成本形状的材料。所述方法保护不局限于上述方法，应包括任何制备此夹层结构的方法。需要说明的是，前表面层基膜11和后表面层基膜12均为平面层，为两层平面结构，中间的储液夹层为立体V形的通道。基膜平面层与储液夹层可控组装为三维夹层结构。此三维结构可通过调控夹层结构的尺寸以及层间疏密度，实现可控分级将电液保存在不同夹层通道内，匹配不同极片位置对电解液的需求，提升了隔膜的保液能力，加快了电解液中离子的反应速度，使得电池的倍率性能提升。同时，此结构也避免了因张力不均导致的极组内电解液分布不均匀现象，解决了因此导致的析锂现象，提升了电池的安全性能。此外，本专利技术通过孔道分布的多层次、可设计性，可以根据极片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，其特征在于，包括前后间隔分布的前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)；/n前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔内，从上到下依次间隔设置有多个横向分布的储液夹层(2)；/n储液夹层(2)，用于将前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔，分隔成多个独立的储液通道；/n每个储液夹层(2)包括多个依次连接在一起夹层单体(4)；/n夹层单体(4)为开口向上的凹槽结构；/n任意相邻的两个夹层单体(4)之间的连接处，开有垂直上下贯通的互通孔(3)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，其特征在于，包括前后间隔分布的前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)；
前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔内，从上到下依次间隔设置有多个横向分布的储液夹层(2)；
储液夹层(2)，用于将前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔，分隔成多个独立的储液通道；
每个储液夹层(2)包括多个依次连接在一起夹层单体(4)；
夹层单体(4)为开口向上的凹槽结构；
任意相邻的两个夹层单体(4)之间的连接处，开有垂直上下贯通的互通孔(3)。


2.如权利要求1所述的具有分级保液能力的电池三维夹层隔膜结构，其特征在于，多个储液夹层(2)等间隔分布在前表面层基膜(11)和后表面层基膜(12)之间的空腔内。


3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛有宝，曾涛，徐晓明，李树喜，赵李鹏，田威，刘欢，刘伯峥，刘兴伟，李海婷，徐瑞林，曹六阳，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12