一种相变调温隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池应用相关技术领域，并具体公开了一种相变调温隔膜及其制备方法和应用。该相变调温隔膜由具有核壳结构的纤维组成，所述核层为具有储热功能的相变材料，壳层为具有电解液亲和性的聚合物膜，所述相变材料原位包封于所述聚合物膜内。本发明专利技术还公开了上述相变调温隔膜的制备方法以及其在锂离子电池中的应用。本发明专利技术将相变调温隔膜替代传统聚烯烃隔膜应用在锂离子电池中，其中核层相变材料能有效的存储电池中产生的热量，减少热量聚集，避免电池内部温度过热，壳层聚合物膜的良好电解液亲和性能促进电池内部离子传输，提升电池的电化学性能。升电池的电化学性能。升电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种相变调温隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池应用相关
，更具体地，涉及一种相变调温隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]安全性是高能锂离子电池大规模应用过程中亟待攻克的难题，它严重制约了锂离子电池在电动汽车行业的发展。锂离子电池安全性的核心就是电池的内热问题。当电池在滥用条件(机械滥用、电滥用、热滥用)下使用时，一系列放热副反应被引发，并在短时间内放出大量的热。热量在电池体内大量积累导致电池内部温度的急剧升高，并进一步加速副反应的发生，从而使电池进入热失控状态，并可能引发燃烧、爆炸等安全性事故。
[0003]目前，研究者采取外部热保护和内部安全保护等措施来提升锂离子电池的安全性，但是这些方法都存在一定局限性。在外部电路安装安全阀或连接正温度系数电阻器时，由于外部设备无法及时感知电池内部增加的热量和压力，起到的保护作用有限。合理设计电池关键组分(如热响应正极、热关闭隔膜、阻燃电解液、过充保护添加剂等)可以一定程度上提升锂离子电池的安全性，但可能会影响电池整体的离子导电率或降低电极的兼容性，且电池内部的热量无法消散。因此，开发兼具电化学性能与安全性能的锂离子电池关键材料，从源头上缓解锂离子电池内部热量聚集，提升锂离子电池的热滥用耐受性，具有重要的应用价值和发展前景。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种相变调温隔膜及其制备方法和应用，通过将相变材料原位包封于聚合物膜内腔获得相变调温隔膜，并将相变调温隔膜替代传统聚烯烃隔膜应用在锂离子电池中，其中的相变材料能有效存储电池中产生的热量，减少热量聚集，避免电池内部温度过热，聚合物膜的良好电解液亲和性能促进内部离子传输，提升电池的电化学性能。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种相变调温隔膜，该相变调温隔膜由具有核壳结构的纤维组成，其中，所述核壳结构的核层为具有储热功能的相变材料，所述核壳结构的壳层为具有电解液亲和性的聚合物膜，所述相变材料原位包封于所述聚合物膜内。
[0006]进一步优选地，所述相变调温隔膜的厚度为10微米～200微米，孔隙率为50％～90％，吸液率为50％～400％。
[0007]进一步优选地，所述相变调温隔膜的相变焓不大于135J/g，相变材料的含量不大于60％。
[0008]进一步优选地，所述聚合物膜的材料为聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
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六氟丙烯)、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
[0009]进一步优选地，所述相变材料为石蜡、正二十二烷、二十四烷、十四醇、十六醇、十
八醇、月桂酸、十四酸、十六酸、硬脂酸溶液中的一种或多种。
[0010]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种上述所述的相变调温隔膜的制备方法，该方法包括下列步骤：选取具有电解液亲和性的聚合物膜和具有储热功能的相变材料作为原料，采用单轴静电纺丝法、同轴静电纺丝法或真空吸附法中的一种方法将所述相变材料包封于所述聚合物膜内腔，以此获得所需的相变调温隔膜。
[0011]进一步优选地，当采用同轴静电纺丝法成形时，所述制备方法包括下列步骤：
[0012]S1选取质量分数为8％～15％的聚合物膜溶液作为外液，体积分数为10％～100％的相变材料溶液作为内液；
[0013]S2将上述外液和内液分别装载至注射器中，进行同轴静电纺丝，以此获得相变调温隔膜，纺丝温度为45℃～65℃，所述外液和内液的推速比为1:1～10:1，纺丝时间为2h～24h。
[0014]按照本专利技术的又一个方面，提供了一种上述所述的相变调温隔膜在锂离子电池中的应用，所述相变调温隔膜设置在所述电池正极和负极之间，其中所述相变调温隔膜中的相变材料原位吸收电池内部的热量，避免电池内部过热。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0016]1.本专利技术提供的相变调温隔膜，其中的相变材料具有独特的吸热效应，在熔化过程中吸收并储存大量的潜热，以确保电池运行在安全温度窗口，现有技术中采用的外部热管理设备难以避免会延迟对电池内部温度变化的响应，本专利技术首次将相变材料集成至电池组分，及时捕捉电池内部产生的热量，减少热量聚集甚至有效推迟热失控状态；
[0017]2.本专利技术通过将具有储热功能的相变材料集成至外层具有电解液亲和性的聚合物膜内腔形成相变调温隔膜，相变材料因其独特的储热特性可以原位吸收电池内部产生的热量，赋予隔膜相变调温功能，及时缓解电池内部的热量聚集，以提升锂离子电池的热滥用耐受性；
[0018]3.本专利技术制备的相变调温隔膜可以阻隔相变材料与电池中的电解液直接接触，降低对离子传输的影响；同时，聚合物外壳具有丰富的孔隙结构和优异的电解液润湿性，促进快速的离子传输，因此，本专利技术通过简单的工艺使得相变调温隔膜兼具电化学性能和高安全性能，将极大地推进高比能锂离子电池的发展。
附图说明
[0019]图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的相变调温隔膜的透射电子显微镜图；
[0020]图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的相变调温隔膜应用在锂电池中的结构示意图；
[0021]图3是按照本专利技术的优选实施例1制备的多功能隔膜与商业聚丙烯隔膜在130℃加热台上处理一段时间后的红外成像对比图；
[0022]图4是按照本专利技术的优选实施例2制备的相变调温隔膜的截面扫描电子显微镜图；
[0023]图5是按照本专利技术的优选实施例4相变调温隔膜组装的石墨扣式半电池在60℃下的循环性能图；
[0024]图6是按照本专利技术的优选实施例5相变调温隔膜组装的磷酸铁锂
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石墨软包电池，
充满电后能正常工作点亮LED灯牌的示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]一种相变调温隔膜，如图1所示，该相变调温隔膜由具有核壳结构的纤维组成，核层为具有储热功能的相变材料，壳层为具有电解液亲和性的聚合物膜，核层相变材料原位包封于壳层聚合物膜内。
[0027]相变调温隔膜的厚度为10微米～200微米，孔隙率为50％～90％，吸液率为50％～400％；相变调温隔膜的相变焓不大于135J/g,相变材料含量不大于0～60％。
[0028]聚合物膜为聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
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六氟丙烯)、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
[0029]相变材料为石蜡、正二十二烷、二十四烷、十四醇、十六醇、十八醇、月桂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变调温隔膜，其特征在于，该相变调温隔膜由具有核壳结构的纤维组成，其中，所述核壳结构的核层为具有储热功能的相变材料，所述核壳结构的壳层为具有电解液亲和性的聚合物膜，所述相变材料原位包封于所述聚合物膜内。2.如权利要求1所述的一种相变调温隔膜，其特征在于，所述相变调温隔膜的厚度为10微米～200微米，孔隙率为50％～90％，吸液率为50％～400％。3.如权利要求1所述的一种相变调温隔膜，其特征在于，所述相变调温隔膜的相变焓不大于135J/g，相变材料体积含量不大于60％。4.如权利要求1所述的一种相变调温隔膜，其特征在于，所述聚合物膜的材料为聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
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六氟丙烯)、聚乙烯吡咯烷酮、聚间苯二甲酰间苯二胺或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。5.如权利要求1所述的一种相变调温隔膜，其特征在于，所述相变材料为石蜡、正二十二烷、二十四烷、十四醇、十六醇、十八醇、月桂酸、十四酸、十六酸、硬脂酸溶液中的一种或多种。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡先罗，刘志芳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：