一种电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电池，所述电池包括电极、热致响应复合材料层和外壳，所述热致响应复合材料层位于所述电极和所述外壳之间，所述热致响应复合材料层包括热致响应复合材料，所述热致响应复合材料选自插层化合物、相变材料、插层化合物

【技术实现步骤摘要】
一种电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体而言，涉及一种电池，特别是一种固态电池，或者一种半固态电池。

技术介绍

[0002]电池具有比容量高，循环寿命长，安全性能好的特点，其在电动汽车、3C产品等领域有广泛的应用前景，电池封装是决定锂电池电芯性能的关键步骤，因采用的材料体系与器件结构不同，传统电解液电池的封装材料、工艺等已不能应用在全固态锂电池器件上。例如，目前现有的铝塑膜封装工艺存在封装膜与电池本体结合不紧密，可能存在空气影响其循环性能的问题，并且铝塑膜中的部分物质还会与锂金属或锂合金负极发生反应，影响电池的性能，严重时还会导致安全问题的出现。
[0003]现有技术中有报道使用超薄金属壳作为封装材料，以便增加电池活性物质的填充量，提升电池容量。但是，超薄金属壳类刚性封装材料无法彻底解决固态或半固态电池循环性能差的问题，即无法彻底解决电极与固态电解质之间的界面问题。因为若使用刚性封装材料则无法对壳体内电芯进行施压，电极与固态电解质之间接触性能较差，循环稳定性难以达到预期效果。

技术实现思路

[0004]为了解决以上所提出的电池封装时存在的缺陷和不足，本专利技术提出一种电池，其包含热致响应复合材料层，该热致响应复合材料层包括热致响应复合材料，该热致响应复合材料层可以在使用刚性外壳作为保护层的情况下进行加热膨胀，实现了在电芯增压的同时完成化成工艺。
[0005]具体地，热致响应复合材料层在受热(如45～150℃)后会发生均匀膨胀，电芯在刚性壳体内受到向内的力，电芯在化成过程中会产生一定厚度的SEI膜，产生微小的向外的力。电芯在两种作用力下产生协同效应，促进电极与固态电解质之间的界面接触，极大的提高了界面接触性能。其中，热致响应复合材料层产生的向内的力可以通过热致响应复合材料的选择来控制；SEI膜产生的向外的力可以通过化成时间来控制。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种电池，所述电池包括电极、热致响应复合材料层和外壳，所述热致响应复合材料层位于所述电极和所述外壳之间，所述热致响应复合材料层包括热致响应复合材料，所述热致响应复合材料选自插层化合物、相变材料、插层化合物
‑
聚合物复合材料中的至少一种。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述电池为固态电池，或者，所述电池为半固态电池。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层在受热膨胀产生向内的力后，其能够有效提升电池中电极与固态电解质之间的界面接触性能，促进锂离子在界面间的快速传递，改善锂离子在沉积、脱嵌过程中的不均匀性问题，有效提高了电池的循环性能以及
库伦效率，极大地提高了电池的应用前景。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层受热膨胀产生0.1～50psi向内的力。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料为受热膨胀产生形变的材料。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述插层化合物选自膨胀石墨、蒙脱石中的至少一种。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述膨胀石墨的粒径为100～400目。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述膨胀石墨的膨胀容积为10～200ml/g。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述膨胀石墨的膨胀温度为80～150℃。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述蒙脱石的粒径为0.2～2微米。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述相变材料选自膨胀石墨
‑
石蜡复合材料、膨胀石墨
‑
癸二酸复合材料、膨胀石墨
‑
甘露醇复合材料中的至少一种。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述插层化合物
‑
聚合物复合材料为插层化合物和聚合物的复合材料，所述插层化合物选自膨胀石墨、蒙脱石中的至少一种，所述聚合物为尼龙(如尼龙6)、乙烯基共聚物、聚丙烯、聚环氧乙烷或聚乙烯醇中的至少一种；所述插层化合物
‑
聚合物复合材料例如选自蒙脱石
‑
尼龙复合材料、层状硅酸盐
‑
聚合物(如尼龙、聚环氧乙烷或聚乙烯醇)复合材料、蒙脱石
‑
乙烯基共聚物复合材料、蒙脱石
‑
聚丙烯
‑
尼龙6复合材料中的至少一种。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述插层化合物
‑
聚合物复合材料中，插层化合物和聚合物的质量比为(0.5～4):(9.5～6)。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层还可以包括阻燃剂，所述阻燃剂用来提升电池的安全性能；示例性地，所述阻燃剂包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤素阻燃剂中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层可以涂布在电芯顶层极片和/或底层极片表面，也可以单独制备成膜，将其设置在电芯顶层极片与外壳之间和/或底层极片与外壳之间。
[0022]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层的制备方法包括：
[0023]将形成所述热致响应复合材料层的热致响应复合材料和任选添加或不添加的阻燃剂溶解或分散在有机溶剂或水中，得到浆料；
[0024]将浆料涂布在电芯顶层极片表面和/或底层极片表面；或者，单独制备成膜，将其设置在电芯顶层极片与外壳之间和/或底层极片与外壳之间。
[0025]根据本专利技术的实施方式，例如使用物理气相沉积法(PVD)(如离子溅射、真空蒸镀)；或使用化学气相沉积法(CVD)(如离子辅助沉积、有机金属化合物沉积)进行单独制备成膜。
[0026]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层的厚度为0.01μm～100μm，例如为0.01μm、0.02μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、8μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
[0027]根据本专利技术的实施方式，所述热致响应复合材料层的厚度为0.01μm～1μm时，可在加热时形成厚度为1μm～100μm的热致响应复合材料层。
[0028]根据本专利技术的实施方式，电池在化成时会形成SEI膜，而且化成时间对于SEI膜具
有影响，SEI膜的厚度例如为100nm～200nm。
[0029]根据本专利技术的实施方式，电池的化成温度为60～90℃。
[0030]根据本专利技术的实施方式，电池的化成时间为8小时以上，例如为8～36小时，如24小时。
[0031]根据本专利技术的实施方式，SEI膜产生0.01～0.1psi向外的力。
[0032]根据本专利技术的实施方式，所述固态电池包括由内至外依次设置的固态电解质、正极片、固态电解质、负极片、热致响应复合材料层和外壳；或者，
[0033]所述固态电池包括由内至外依次设置的固态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括电极、热致响应复合材料层和外壳，所述热致响应复合材料层位于所述电极和所述外壳之间，所述热致响应复合材料层包括热致响应复合材料，所述热致响应复合材料选自插层化合物、相变材料、插层化合物
‑
聚合物复合材料中的至少一种。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池为固态电池，或者，所述电池为半固态电池。3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述插层化合物选自膨胀石墨、蒙脱石中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述相变材料选自膨胀石墨
‑
石蜡复合材料、膨胀石墨
‑
癸二酸复合材料、膨胀石墨
‑
甘露醇复合材料中的至少一种。5.根据权利要求1所述的电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：董德锐，赵伟，李素丽，高云智，左朋建，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：