一种低温锂离子电池用加热膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种低温锂离子电池用加热膜及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将导电物质加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和聚合物基体混合，得混合物二，再将混合物二加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；将熔融体压制成膜，然后热处理，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。本发明专利技术还包括采用上述方法制得的加热膜及其应用。本发明专利技术能够快速制得具有室温PTC效应的加热膜，并将其应用到锂离子电池中，通过电池内置加热膜对电池进行加热，能够快速提高电池的温度，有效解决了锂离子电池低温性能不能正常发挥和电池加热易损伤等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低温锂离子电池用加热膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种低温锂离子电池用加热膜及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池是当前广泛使用的二次电池，但其对使用温度敏感，尤其在低于0℃条件下使用时，电池容量衰减严重，不能正常使用。当前解决这一问题的主要方法有通过电池材料的包覆、材料结构的调整、电解液的调整来提升电池低温的使用性能。但是，电池的常温性能和低温性能仍然有比较大的差异，无法从根本上解决锂离子电池低温下的正常使用问题。另一种方式是采用对电池加热的方式来调节电池的环境温度，从而不改变电池的基本电极材料，而实现低温下的使用。采用加热的方式有气流加热，液体加热，电加热等方式在电池外部进行加热。但这种方法容易造成电池受热不均匀，且电池温度提升慢，加热能量损失大，也存在一定的缺陷。还有一种方式是采用电池内置金属镍箔进行加热，这种金属电阻加热片置于电池内部，热交换效率高，热损失小。但是由于加热时，镍片表面温度高，容易损伤电解液、隔膜等电池内部组分，且需要单独的控制系统进行控制保护。因此，急需寻找到一种方式解决锂离子电池在低温下的使用问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种低温锂离子电池用加热膜及其制备方法和应用，能够快速制得具有室温PTC效应的加热膜，并将其应用到锂离子电池中，通过电池内置加热膜对电池进行加热，能够快速提高电池的温度，有效解决了锂离子电池低温性能不能正常发挥和电池加热易损伤等问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低温锂离子电池用加热膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将导电物质加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和聚合物基体混合，得混合物二，再将混合物二在150-220℃温度下加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；(2)将步骤(1)所得熔融体在130-180℃、0.3-0.8MPa条件下压制成膜，然后在90-120℃温度下热处理10-60min，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。进一步，导电物质为碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、纳米石墨、纳米碳粉、纳米铜粉、纳米镍粉或纳米银粉。进一步，聚合物基体为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯或丁苯橡胶。进一步，步骤(1)中，钛酸酯偶联剂体积占导电物质体积的1-5％。即钛酸酯偶联剂和导电物质体积比为1-5:95-99。进一步，步骤(1)中，导电物质体积占混合物二体积的3-20％。即聚合物基体和导电物质体积比为80-97:3-20。进一步，步骤(1)中，压制成膜时，成型前需要在成型模具中涂抹一层脱模剂。进一步，步骤(2)中，压制成膜后厚度为0.5-1.2mm。上述的制备方法制得的低温锂离子电池用加热膜。低温锂离子电池用加热膜在锂离子电池中的应用。进一步，锂离子电池制备包括以下步骤：将1-5片低温锂离子电池用加热膜置于电池极片之间，然后引出电极，注液封装，得锂离子电池。综上所述，本专利技术具备以下优点：1、本专利技术能够快速制得具有室温PTC效应的加热膜，并将其应用到锂离子电池中，通过电池内置加热膜对电池进行加热，能够快速提高电池的温度，有效解决了锂离子电池低温性能不能正常发挥和电池加热易损伤等问题。2、通过本专利技术的方法制得的加热膜具有室温PTC效应，当温度低于0℃时，能够具有较低的电阻，电流能够通过该加热膜产生热量，对电池进行加热，使得锂离子电池在0℃温度以下仍能正常使用，避免电池容量衰减；当温度高于30-50℃时，加热膜具有绝缘效应，不会对电池进行加热，这样就不会对电池的内部结构产生任何损伤，起到保护电池的作用；同时会具有加热效果好、电池升温快和热交换效率高等综合低温加热的效果，便于锂离子电池在低温条件下的使用，具有广阔的市场前景。3、导电物质和钛酸酯偶联剂的混合会链接导电物质和有机物表面，增强材料的导电能力，也会加强材料的PTC效应，该混合物再与聚合物基体混合，经过熔融、压制和热处理等过程，得到具有PTC效应的加热膜。该加热膜在温度变化范围内，通过体积膨胀效应来实现导电粒子之间的导通与断路。在较低温度调节下，聚合物基体和导电物质制得的高分子材料收缩，导电粒子之间相互重叠和导通，拥有较低的电阻。当通入电流时，会产生热量，而导致高分子基体膨胀，而导电粒子随着基体的膨胀，重叠距离被拉开，导电粒子之间的导通网络断开，电阻变大从而失去加热功能。4、将加热膜应用到锂离子电池电极中，当温度低于0℃时，该电极具有较低的电阻，电极能够通过在4.2V电压下对电池进行加热，当温度高于30-50℃时，电阻巨大，4.2V电压下对电池加热效果不明显。在电池中加入加热膜不会对电池的内部结构有任何损伤，同时加热效果好、电池升温快、热交换效率高等综合低温加热效果，能够有效保障电池在低温下各种性能的发挥。附图说明图1为实施例1拉伸断裂截面图；图2为PTC效应检测结果示意图；图3为加热效果和电池放电对比图。具体实施方式实施例1一种低温锂离子电池用加热膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将纳米镍粉加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和低密度聚乙烯混合，得混合物二，再将混合物二在180℃温度下加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；钛酸酯偶联剂体积占纳米镍粉体积的1％，纳米镍粉体积占混合物二体积的10％(即低密度聚乙烯和纳米镍粉体积比为90:10)；(2)将步骤(1)所得熔融体在150℃、0.6MPa条件下的热压成型机或热辊压成型机中压制成1mm厚的薄膜，成型前需要在成型模具中涂抹一层脱模剂，然后在120℃温度下热处理30min，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。本实施例所得低温锂离子电池用加热膜的拉伸断裂截面图如图1所示，并对其PTC效应进行检测，其结果如图2所示，将其应用到锂离子电池极片中后，在-40℃温度下，其加热效果和电池放电对比图如图3所示。实施例2一种低温锂离子电池用加热膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将纳米银粉加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和低密度聚乙烯混合，得混合物二，再将混合物二在170℃温度下加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；钛酸酯偶联剂体积占纳米银粉体积的1％，纳米银粉体积占混合物二体积的15％(即低密度聚乙烯和纳米银粉体积比为85:15)；(2)将步骤(1)所得熔融体在130℃、0.5MPa条件下的热压成型机或热辊压成型机中压制成1.1mm厚的薄膜，成型前需要在成型模具中涂抹一层脱模剂，然后在110℃温度下热处理25min，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。实施例3一种低温锂离子电池用加热膜，其制备方法包括以下步骤：(1)将纳米碳粉加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和聚丙烯混合，得混合物二，再将混合物二在200℃温度下加热至熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温锂离子电池用加热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将导电物质加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和聚合物基体混合，得混合物二，再将混合物二在150-220℃温度下加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；/n(2)将步骤(1)所得熔融体在130-180℃、0.3-0.8MPa条件下压制成膜，然后在90-120℃温度下热处理10-60min，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温锂离子电池用加热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将导电物质加入钛酸酯偶联剂中，得混合物一，然后将混合物一和聚合物基体混合，得混合物二，再将混合物二在150-220℃温度下加热至熔融状态并搅拌，得熔融体；
(2)将步骤(1)所得熔融体在130-180℃、0.3-0.8MPa条件下压制成膜，然后在90-120℃温度下热处理10-60min，室温下冷却，得低温锂离子电池用加热膜。


2.如权利要求1所述的低温锂离子电池用加热膜的制备方法，其特征在于，所述导电物质为碳纳米管、乙炔黑、石墨烯、纳米石墨、纳米碳粉、纳米铜粉、纳米镍粉或纳米银粉。


3.如权利要求1所述的低温锂离子电池用加热膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯或丁苯橡胶。


4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骞，兰超波，钟盛文，丁能文，陈军，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36