一种可应用于高寒地区的电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可应用于高寒地区的电池及其制备方法，所述电池包括电芯、加热膜组件、软体盒和软体盖；所述加热膜组件包括电热膜和电极引片；所述电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成；所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置；所述电极引片与所述电极带连接。本发明专利技术所述的电池具有宽泛的使用环境温度：在‑60℃～+60℃温度区间，均可正常充放电工作；而且该电池的应用范围广、适应性强：既可以单独使用，也可以串联并联后成组使用，无论在北方寒冷地带、高海拔地区和极地科考，均可应用。

The invention relates to a battery which can be used in high cold area and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种可应用于高寒地区的电池及其制备方法
本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种可应用在高寒地区的电池及其制备方法。
技术介绍
随着绿色能源的发展，一方面，越来越多的新能源纯电动车投入运营，以解决日渐短缺的化石能源和环境污染问题。另一方面，在北方寒冷地带，冬季常常会看到，因天气温度太低，电动车不能正常工作，出现经常性的“趴窝”新闻。目前，商品化的常规锂离子电池最低使用温度，一般只能达到零下20℃，相当多的应用环境，需要比这个工作温度更低；但低温下锂电池的放电容量会严重下降，比如在-40℃环境下，锂离子电池的放电容量只能达到室温放电容量的10％-30％，特制的低温电池，虽然-40℃的放电容量高达60％以上，但在-60℃的超低温环境下依然无法正常使用，且循环寿命仅及常规电池的二分之一。经过多年努力，人们可以制备出在低温环境下能放电使用的电池，但在低温环境下的充电问题依然没法解决。究其原因，在于低温环境下，正极、负极的电导率降低，电解液的粘度会急剧增加，锂离子在电极间的迁移变得非常困难，同时碳负极热动力学特性变差，锂离子嵌入/脱出能力变弱，锂离子会以金属锂的形式沉积在表面，日积月累，形成锂枝晶，造成正负极短路风险。因此，电动车在低温充电时，一方面，充不进电，另一方面，极易产生发生燃烧安全事故。综上所述，如何提高纯电动车锂离子电池在零下40℃低温性能，满足国防和科考领域更低的-60℃低温性能要求，已成为锂离子电池领域迫切需要解决的难题。而且，上述耐低温的电池也多在常温甚至温度稍高的条件下使用，因此，需要电池具有耐低温的性能的同时也需要其在常温或稍高温的条件下可正常使用。
技术实现思路
本专利技术提供一种可应用于高寒地区的电池及其制备方法，所述电池包括电芯、加热膜组件、软体盒和软体盖；所述加热膜组件包括电热膜和电极引片；所述电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成；所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置；所述电极引片与所述电极带连接；所述电热膜贴附于所述电芯的一个表面；所述电芯、加热膜组件安装于所述软体盒中，与软体盖组合后，经热复合制备成一个整体。本专利技术所述的电热膜选用无纺布工艺制备的碳纤维膜作为发热体，该元件的工作电压为低于30V的安全直流电压，采用电池自身或外部电源供电，而且电热最高温度可调可控，可实现在低温条件下对电芯的稳定加热，进而选择无纺布作为发热体的保护层，既可实现快速地对电芯加热，而且有利于高温条件下电池的散热，同时，也起到绝缘隔离作用，防止对后续电池采样电路造成干扰。而且，为保证电池在高温条件下的正常使用和散热，仅在电芯的一个表面贴附电芯发热体。通过上述操作，最终可实现电池在-60℃～60℃的温度条件下的正常使用。本专利技术所述正极电极带和负极电极带为同一种材质制备，连接外部电路时无极性要求，可以互换使用。作为优选的实施方式，本专利技术所述无纺布的材料为聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)中的一种。优选的，所述发热体、上层保护层、电极带和下层保护层通过导电浆料粘合在一起，所述导电浆料由粘合剂、导电剂、增稠剂和溶剂混合后制备得到；进一步优选的，所述粘合剂、导电剂和增稠剂的质量比为2.5～4.5：2.5～5.5：1；所述粘合剂、导电剂和增稠剂的总质量与所述溶剂的质量比为1：0.05～0.15。上述粘合剂可解决上下保护层与发热体之间如采用常规胶水粘接，粘接后变硬和升温后易脱落剥离的问题，具有粘接牢固和不改变材料柔韧性的优点，而且上述材料在-60℃低温条件下也不会变性，可实现在超低温度下的正常使用。优选的，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈-四基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、聚丙烯酯类、丁苯橡胶中的一种或多种；优选为偏氟乙烯和/或丁苯橡胶。和/或，所述导电剂为炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种，优选为炭黑和/或碳纳米管；和/或，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠；和/或，所述溶剂为去离子水、蒸馏水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。优选的，所述碳纤维膜的厚度为0.5mm～2mm；优选的，所述无纺布的厚度为0.3～1mm。优选的，所述电芯为在-40℃环境下放电容量高达85％以上的固态聚合物低温电芯。选择上述材料，一方面，0～-40℃范围低温放电的问题，已是成熟技术，在此基础上，本专利技术可通过电热膜解决-40℃～-60℃范围的低温放电问题，以及0～-60℃的充电问题，可谓事半功倍；另一方面，由于固态聚合物电芯可以任易形状和尺寸，与电热膜贴合会很紧密，电芯表面温度一致性会很好，且聚合物体系单体电芯容量最高可达3000Ah，可以扩展本专利技术的应用场景。进一步优选的，所述电芯正极材料为钴酸锂、三元材料、改性锰酸锂中任一种，电解液为低温体系电解液；作为优选的实施方式，所述三元材料为NCM。优选的，所述柔性碳纤维电热膜的表面分布有多个通气孔。本专利技术发现，由于碳纤维膜被上下保护层所覆盖且存在导电浆料，导致碳纤维膜存在透气性和热量辐射不好的问题，在上述电热膜的表面制备通气孔，可通过通气孔的内壁，增大热辐射面积，进而有效地提高电热膜的电热转换效率和辐射效果，更有利超低温环境下使用。进一步优选的，所述通气孔的直径为1～3mm，相邻孔间的距离为5～15mm。优选的，所述软体盒和软体盖均由铝塑复合膜制备而成。所述铝塑复合膜一方面具有良好的隔温性能，而且易于封压，可在电芯和电热膜的表面形成良好的保温层。优选的，所述铝塑复合膜的厚度为100～150μm。本专利技术所述电池可串并联成组使用。本专利技术所述通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜俗称碳纤维制无纺布。本专利技术还提供本专利技术所述电池的制备方法，包括如下步骤：1)将所述电芯加热膜贴附于所述电芯的一个表面，组成电池半成品；2)将所述电池半成品装入所述软体盒，通过热复合工艺，将所述软体盒与软体盖熔合在一起，得电池成品。作为具体的操作方式，包括如下步骤：1)将电极引片焊接在所述加热膜的电极带上，形成加热膜组件；2)在加热膜一个表面的四个角的位置，贴双面胶，与所述电芯的一个表面组合，组成电池半成品；3)将铝塑复合膜用拉伸工艺冲成比电池半成品长宽外形尺寸大2～3mm、高度尺寸大0.3～1mm的翻边软体盒，封边宽度为5mm～15mm，冲切出电芯极耳避让位，得成品软体盒；4)将电池半成品装入软体盒，合上所述软体盖，采用热复合工艺，将封边熔合在一起，得电池成品。优选的，所述电热膜的制备包括如下步骤：1)发热体和电极带的双面涂布：用等离子清洗机对所述发热体和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述电池包括电芯、加热膜组件、软体盒和软体盖；/n所述加热膜组件包括电热膜和电极引片；/n所述电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；/n所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；/n所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成；/n所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；/n所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置；/n所述电极引片与所述电极带连接；/n所述电热膜贴附于所述电芯的一个表面，所述电芯、加热膜组件安装于所述软体盒中，与软体盖组合后，经热复合制备成一个整体。/n

【技术特征摘要】
1.一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述电池包括电芯、加热膜组件、软体盒和软体盖；
所述加热膜组件包括电热膜和电极引片；
所述电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；
所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；
所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成；
所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；
所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置；
所述电极引片与所述电极带连接；
所述电热膜贴附于所述电芯的一个表面，所述电芯、加热膜组件安装于所述软体盒中，与软体盖组合后，经热复合制备成一个整体。


2.根据权利要求1所述的一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述发热体、上层保护层、电极带和下层保护层通过导电浆料粘合在一起，所述导电浆料由粘合剂、导电剂、增稠剂和溶剂混合后制备得到；
优选的，所述粘合剂、导电剂和增稠剂的质量比为2.5～4.5：2.5～5.5：1；所述粘合剂、导电剂和增稠剂的总质量与所述溶剂的质量比为1：0.05～0.15。


3.根据权利要求2所述的一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈-四基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、聚丙烯酯类、丁苯橡胶中的一种或多种；优选为偏氟乙烯和/或丁苯橡胶；
和/或，所述导电剂为炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种，优选为炭黑和/或碳纳米管；
和/或，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠；
和/或，所述溶剂为去离子水、蒸馏水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述碳纤维膜的厚度为0.5mm～2mm；
和/或，所述无纺布的厚度为0.3～1mm。


5.根据权利要求1所述的一种可应用于高寒地区的电池，其特征在于，所述电芯为在-40℃环境下放电容量高达85％以上的固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴国群，刘安钢，
申请(专利权)人：领航博创新能源电池技术研究院北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11