一种高温大功率锂电池及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高温大功率锂电池及其应用，该锂电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述隔膜包括有机微孔基材、陶瓷涂覆层和耐高温包覆层；所述陶瓷涂覆层附着于有机微孔基材一面或者两面，所述耐高温包覆层连续地包覆于陶瓷涂覆层的表面和孔洞的内壁，包括耐高温聚合物和固化交联剂，所述耐高温聚合物包括酚醛树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺或环氧树脂。本发明专利技术的锂电池可以在70～200℃的高温条件下长时间稳定循环，在石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井等领域有广泛的应用前景，本发明专利技术锂电池组装成的电池组，可以在输出功率8～20kw条件下长时间稳定循环，实现安全工作。

【技术实现步骤摘要】
一种高温大功率锂电池及其应用
本专利技术属于新能源
，具体涉及一种可以在70℃-200℃下或输出功率大于1kw条件下长时间稳定循环的高温大功率锂电池及其应用。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应以及对环境友好等优点，成为目前最受重视的新型储能电池。石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井等领域，由于较为苛刻的使用环境，急需可以在高温条件下长时间连续工作的储能器件。虽然，常规液态锂离子电池在70℃以下具有良好的循环稳定性，但是在较高的温度下，会因为电解液分解，隔膜受热收缩等原因，无法正常工作。随着科技的进步和生活水平的不断提高，人们对储能电池的能量密度、放电功率的要求也不断提高。特别是在动力电池和大型储能设备领域中。目前，商品化的电动汽车，为了保障电池的安全，往往需要对动力电池的输出功率做一定的控制，防止其在大功率下，由于自产热严重而导致电池热失控，进而引发安全事故。而较低的输出功率也导致目前商品化电池汽车存在动力不足、爬坡吃力等问题。军用热电池可以在500℃高温下工作，用于炮弹的引爆或者导弹、核武器的工作电源，但是其工作时间短，一般小于1h，而且成本昂贵，不适宜用于石油天然气、矿山钻井等领域。中国专利技术(公开号CN108258172A)公开了一种钛酸盐耐高温隔膜，工作温度可达1000℃，但是这种纯无机陶瓷隔膜，往往机械柔韧性较差，加工性能差。中国专利技术(公开号CN109672001A)公开了一种使用固态电解质的高温锂电池，但是其离子电导率较低，只能在小倍率下充放电，不能满足大电流充放电需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种高温大功率锂电池及其应用，解决了上述
技术介绍
中高温、大功率条件下工作的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种高温大功率锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述隔膜包括有机微孔基材、陶瓷涂覆层和耐高温包覆层；所述陶瓷涂覆层附着于有机微孔基材一面或者两面，包括陶瓷颗粒和粘结剂，所述陶瓷涂覆层的厚度为0.1～10μm；所述有机微孔基材上遍布孔洞，所述孔洞的尺寸不大于陶瓷颗粒的粒径；所述耐高温包覆层连续地包覆于陶瓷涂覆层的表面和孔洞的内壁，包括耐高温聚合物和固化交联剂，所述耐高温聚合物包括酚醛树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺或环氧树脂。在本专利技术一较佳实施例中，将所述隔膜与正极、负极的极片通过卷绕或叠片的方式装配，并注入电解液封装陈化制得电芯设置于锂电池内，由若干锂电池串联和/或并联形成电池组。在本专利技术一较佳实施例中，所述陶瓷颗粒的粒径为10nm～10μm，陶瓷颗粒的表面连续包覆有耐高温包覆层，耐高温包覆层将陶瓷颗粒表面与有机微孔基材连为一体。在本专利技术一较佳实施例中，所述有机微孔基材包括聚烯烃类多孔聚合物(聚乙烯、聚丙烯等)、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚乙烯醇或者上述聚合物衍生的共混、共聚体系中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述陶瓷颗粒包括为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝、氮化镁中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述粘结剂包括水系粘结剂或有机系粘结剂；所述水系粘结剂包括甲基纤维素钠和丁苯橡胶、明胶和聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶中的至少一种；所述有机系粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述耐高温包覆层通过涂覆或浸渍耐高温聚合物溶液制得，所述耐高温聚合物溶液由1～30％wt的耐高温聚合物、0.1～30％wt的固化交联剂、余量为溶剂组成。在本专利技术一较佳实施例中，所述固化交联剂包括二元酸类固化交联剂或胺类固化交联剂；所述二元酸类固化交联剂包括草酸、邻苯二甲酸或己二酸；所述胺类固化交联剂包括氯化铵、硫酸铵、过硫酸铵、聚酰胺、三乙醇胺、磷酸氢二胺、六次甲基四胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、苯二胺中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述正极的材料包括锂钴氧化物LiCoO2、锂锰氧化物LiMn2O4、锂镍氧化物LiNiO2、锂钛氧化物Li4/3Ti5/3O4、锂锰镍复合氧化物、LiNixMnyCo1-x-yO2锂锰镍钴复合氧化物(式中，0<x<1,0<y<1)、LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni)中的至少一种；所述负极的材料包括金属锂、石墨、钛酸锂、石墨烯、硅、软碳和硬碳中的至少一种。在本专利技术一较佳实施例中，所述电解液包括高沸点溶剂和锂盐；所述高沸点溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯等酯类溶剂，三氟代碳酸丙烯酯、全氟碳酸乙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯等氟代酯类溶剂，二乙二醇二甲醚、二甲醚四甘醇、四乙二醇二甲醚、六乙二醇二甲醚、聚异丙基二甲醚，聚环氧丙烷(Mn＝500～1500)等醚类溶剂，2-三氟甲基六氟丙基甲醚、2-三氟甲基六氟丙基乙醚、2-三氟甲基六氟丙基丙醚、3-三氟甲基八氟丁基甲醚、3-三氟甲基八氟丁基乙醚、3-三氟甲基八氟丁基丙醚、4-三氟甲基十氟戊基甲醚、4-三氟甲基十氟戊基乙醚、4-三氟甲基十氟戊基丙醚、5-三氟甲基十二氟己基甲醚、5-三氟甲基十二氟己基乙醚、5-三氟甲基十二氟己基丙醚、6-三氟甲基十四氟庚基甲醚、6-三氟甲基十四氟庚基乙醚、6-三氟甲基十四氟庚基丙醚、7-三氟甲基十六氟辛基甲醚、7-三氟甲基十六氟辛基乙醚、7-三氟甲基十六氟辛基丙醚等氟代醚类溶剂。所述锂盐，优选锂的高氯酸盐、有机硼锂盐、含氟化合物的锂盐、锂酰亚胺盐等锂盐。例如，可以举出LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiC2F4(SO3)2、LiN(C2F5SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≥2)、LiN(RfOSO2)2(式中，Rf为氟烷基)等。在这些锂盐中，含氟有机锂盐是特别优选的。含氟有机锂盐，由于阴离子性大且易分离成离子，在非水电解液中易溶解。所述锂盐在电解液中的浓度为0.3～1.7mol/L，优选为0.7～1.2mol/L，当电解质锂盐的浓度过低时，离子传导度过小，过高时，担心未能溶解完全的电解质盐析出。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了一种高温大功率锂电池在高温中的应用，应用于工作温度为70～200℃的高温条件，包括石油天然气的地下资源的开发利用、矿山钻井等。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：提供了一种高温大功率锂电池的在大功率输出条件下的应用，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温大功率锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述隔膜包括有机微孔基材、陶瓷涂覆层和耐高温包覆层；所述陶瓷涂覆层附着于有机微孔基材一面或者两面，包括陶瓷颗粒和粘结剂，所述陶瓷涂覆层的厚度为0.1～10μm；所述有机微孔基材上遍布孔洞，所述孔洞的尺寸不大于陶瓷颗粒的粒径；所述耐高温包覆层连续地包覆于陶瓷涂覆层的表面和孔洞的内壁，包括耐高温聚合物和固化交联剂，所述耐高温聚合物包括酚醛树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺或环氧树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温大功率锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述隔膜包括有机微孔基材、陶瓷涂覆层和耐高温包覆层；所述陶瓷涂覆层附着于有机微孔基材一面或者两面，包括陶瓷颗粒和粘结剂，所述陶瓷涂覆层的厚度为0.1～10μm；所述有机微孔基材上遍布孔洞，所述孔洞的尺寸不大于陶瓷颗粒的粒径；所述耐高温包覆层连续地包覆于陶瓷涂覆层的表面和孔洞的内壁，包括耐高温聚合物和固化交联剂，所述耐高温聚合物包括酚醛树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺或环氧树脂。


2.根据权利要求1所述的一种高温大功率锂电池，其特征在于：将所述隔膜与正极、负极的极片通过卷绕或叠片的方式装配，并注入电解液封装陈化制得电芯设置于锂电池内，由若干锂电池串联和/或并联形成电池组。


3.根据权利要求1或2所述的一种高温大功率锂电池，其特征在于：所述陶瓷颗粒的粒径为10nm～10μm，陶瓷颗粒的表面连续包覆有耐高温包覆层。


4.根据权利要求1或2所述的一种高温大功率锂电池，其特征在于：所述陶瓷颗粒包括为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝、氮化镁中的至少一种。


5.根据权利要求1或2所述的一种高温大功率锂电池，其特征在于：所述粘结剂包括水系粘结剂或有机系粘结剂；所述水系粘结剂包括甲基纤维素钠和丁苯橡胶、明胶和聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶中的至少一种；所述有机系粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。


6.根据权利要求1或2所述的一种高温大功率锂电池，其特征在于：所述耐高温包覆层通过涂覆或浸渍耐高温聚合物溶液制得，所述耐高温聚合物溶液由1～30％wt的耐高温聚合物、0.1～30％wt的固化交联剂、余量为溶剂组成。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，彭龙庆，张鹏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35