一种具有耐高温系统的扣式电池技术方案

本发明专利技术提出了一种扣式电池耐高温系统，属于电化学技术领域，包括正极壳、负极壳、耐高温密封圈、耐高温隔膜和耐高温电解液，四部分组合成为一个耐高温系统，所述扣式电池耐高温系统依次以正极壳、正极、耐高温隔膜、负极、负极壳结构位置组装，所述耐高温密封圈镶嵌在负极壳边缘一圈，所述耐高温电解液在正极壳与负极壳之间，完全浸润耐高温隔膜。本发明专利技术一种扣式电池耐高温系统，对各种类型材料的扣式电池具有广泛适应性。使用锂/二氧化锰

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐高温系统的扣式电池


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种具有耐高温系统的扣式电池。

技术介绍

[0002]物联网(IoT)是由物理对象组成的网络，这些物理对象嵌入了传感器、软件和其他技术，以便可以通过互联网与其他设备和系统建立连接并交换数据。物联网设备种类繁多，既有普通家庭用品，也有复杂工业用具。目前，接入互联网的物联网设备已超过70亿，专家预测到2020年，这一数字将增长到100亿，到2025年将增长到220亿。在过去几年中，物联网已成为21世纪非常重要的技术之一。如今，我们可以通过嵌入式设备将各种日常物品连接到互联网，从而实现人员、流程与物品之间的无缝通讯。物联网的特征之一是全面感知，即大量利用传感器、射频识别等技术随时随地获取物体的信息，然而在工业领域、农业领域、服务产业和公共事业领域中，传感器需要具备很宽的环境耐久性，因此也对为传感器供电的电池提出了新的要求。
[0003]扣式电池大多数都是一次电池，主要用于不便接用外部电源的小型携带式装置之中，也用于各种电脑类装置内的备份电池。目前的扣式电池主要由正负电池壳、密封圈、正负极片、隔膜和电解质组成，其中密封圈和隔膜的材质均为聚丙烯，通常的使用温度范围为
‑
10℃
‑
80℃。但随着物联网(IoT)设备的发展，以及物联网设备使用范围的不断扩大，户外和特种领域物联网设备要求免维护和高可靠性，即使在严峻的宽温度、宽湿度环境下也可以稳定运行。传统扣式电池随着环境温度的升高，电池的自放电会增大，放电时也会有较大的电压波动，在高温条件下普通电解液会发生快速分解，造成电池性能迅速恶化直至损坏，同时高温也会加剧密封圈和隔膜的老化，缩短电池使用寿命。
[0004]目前扣式电池的电解液，多采用六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，多种碳酸酯按一定比例混合为溶剂。在高温条件下(温度≥80℃)时，LiPF6会发生分解，生成氟化氢(HF)和五氟化磷(PF5)。一方面，HF会腐蚀扣式电池的不锈钢外壳；另一方面，HF会溶解二次电池负极表面的SEI膜并产生气体。PF5会与碳酸酯上的碳氧双键反应，导致碳酸酯类溶剂发生分解。密封圈和隔膜多采用聚丙烯材料，聚丙烯材料在高温条件下，会发生软化、变形、老化，机械性能急剧降低，可能造成电池漏液、内部短路，发生起火、爆炸等事故。
[0005]当前的技术方案均为针对性的解决单一缺陷，并未整体性、系统性解决扣式电池的不耐高温问题。现有隔热材料层的技术，一方面，所能阻隔的高温温度较低，满足不了某些传感器较高的使用温度。另一方面，隔热材料层会额外增加扣式电池的体积，由于传感器对部件的体积有严格的要求，因此此种技术难以应用到传感器中。现有耐高温隔膜的技术，仅考虑了隔膜在高温下的机械强度是否有衰减，并未考虑耐高温隔膜对于耐高温电解液的配套性，和对不同种电解液的适应性。同时在高温条件下，密封圈也会发生老化，现有技术并没有提供配套的选择。现有耐高温电解液技术，其所能承受的高温，已无法满足现今所需要的高温环境使用温度，同时需要考虑隔膜的配套性和适应性。
[0006]CN109687021A公开了一种耐高温锂离子电池非水电解液，耐高温电解液中含有常
规成膜添加剂和耐高温添加剂，此耐高温电解液中含有常规成膜添加剂和耐高温添加剂，耐高温添加剂能优先于溶剂在正负极材料表面氧化还原成膜，抑制保护膜在高温下的裂解，防止电解液与正负极材料发生氧化还原反应，提升电池的使用寿命。CN202839810U公开了一种具有耐高温隔膜的扣式锂电池，其特点是采用玻璃纤维作为隔膜，与普通隔膜相比，将隔膜的极限使用温度从80℃提高到150℃。CN108736104A公开了一种基于相变材料和绝热材料的耐高温电池，相变材料层包裹电池的外壁，绝热层包裹在相变材料层的外部，通过绝热层的阻隔和相变材料层的吸热，使电池保持在合适的工作温度。上述三个专利，均在某一方面提升了扣式电池的耐高温性能，但没有整体地、成系统地考虑电池壳、密封圈、隔膜和电解液之间的适应性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种具有耐高温系统的扣式电池，电池经高温贮藏老化试验后，无明显自放电现象，初始电压保持较好，放电性能也没有受到高温的影响。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种具有耐高温系统的扣式电池，包括由正极壳和负极壳构成的电池外壳，该电池外壳内设有正极和负极，其特点在于，还包括耐高温密封圈、耐高温隔膜和耐高温电解液，所述的耐高温密封圈沿所述的负极壳边缘镶嵌一圈，所述的耐高温隔膜设置在所述的正极和负极之间，所述的耐高温电解液充满在所述的电池外壳内，并完全浸润所述的耐高温隔膜。
[0010]所述耐高温密封圈为丁腈橡胶、硅橡胶或氟橡胶材质。丁腈橡胶可在120℃长期使用，硅橡胶可在200℃条件下长期使用，氟橡胶可在240℃条件下长期使用，且上述三种橡胶于电解液中稳定性好。
[0011]所述耐高温隔膜为具有陶瓷涂层的玻璃纤维膜、具有陶瓷涂层的聚酰亚胺膜和具有陶瓷涂层的芳纶聚酰胺膜。其各种隔膜的性能见表1。
[0012]优选地，具有陶瓷涂层的聚酰亚胺膜以聚酰亚胺膜为基体，在表面涂覆一层钇掺杂氧化锆无机陶瓷涂层。陶瓷涂层采用浸涂或刮涂工艺，涂覆浆料为超细陶瓷颗粒(99.99％，粒径0.1
‑
1.0μm)、粘结剂、溶剂和表面活性剂按一定配比制成。优选的，超细陶瓷颗粒：粘结剂：表面活性剂＝80：15：5；溶剂为去离子水，由羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等均水性粘结剂，配置成1～10wt％的粘结剂；表面活性剂为聚乙烯醇(PEO)或聚乙二醇(PEG)或十六烷基磺酸钠。
[0013]表1
[0014][0015]作为本专利技术进一步的优选，所述耐高温电解液包含耐高温电解质锂盐和耐高温非
水有机溶剂。
[0016]作为本专利技术进一步的优选，所述耐高温电解质锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。LiTFSI和LiPF4均有良好热稳定性，在150℃温度下不易分解，且在较高的电压下对正极铝集流体没有腐蚀作用。
[0017]作为本专利技术进一步的优选，所述耐高温电解质锂盐的物质的量浓度为0.5mol/L～1mol/L。
[0018]作为本专利技术进一步的优选，所述耐高温非水有机溶剂为碳酸丙烯酯(PC)。分子量102.09，相对密度1.2047，熔点
‑
49.2℃，沸点238.4℃，闪点128℃，相对介电常数(25℃条件下)66.1，是极性溶剂，作为电池电解液可承受较恶略的光、热及化学变化环境，在高温条件下，有较高的离子电导率。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：
[0020]1)本系统全面的考量了不同部件在不同使用温度的相互适应性，和各个部分不兼容的情况，避免出现“木桶效应”。扣式电池耐高温系统的核心为耐高温密封圈、耐高温隔膜和耐高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有耐高温系统的扣式电池，包括由正极壳和负极壳构成的电池外壳，该电池外壳内设有正极和负极，其特征在于，还包括耐高温密封圈、耐高温隔膜和耐高温电解液，所述的耐高温密封圈沿所述的负极壳边缘镶嵌一圈，所述的耐高温隔膜设置在所述的正极和负极之间，所述的耐高温电解液充满在所述的电池外壳内，并完全浸润所述的耐高温隔膜；所述的耐高温密封圈为丁腈橡胶、硅橡胶或氟橡胶材质；所述的耐高温隔膜为具有陶瓷涂层的玻璃纤维膜、具有陶瓷涂层的聚酰亚胺膜或具有陶瓷涂层的芳纶聚酰亚胺膜。2.根据权利要求1所述具有耐高温系统的扣式电池，其特征在于，所述耐高温电解液包含耐高温电解质锂盐和耐高温非水有机溶剂。3.根据权利要求2所述具有耐高温系统的扣式电池，其特征在于，所述耐高温电解质锂盐为双三氟甲烷磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文荣，赵兵，
申请(专利权)人：上海超碳石墨烯产业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：