高强度结构电容器、制备方法、新能源汽车以及无人机技术

本发明专利技术提供了一种高强度结构电容器、制备方法、新能源汽车以及无人机，包括：正极碳纤维、纤维隔离膜、负极碳纤维以及结构树脂；所述纤维隔离膜两侧分别铺设所述正极碳纤维和所述负极碳纤维；所述正极碳纤维、所述纤维隔离膜以及所述负极碳纤维浸润离子溶液或固态电解质聚合物，所述正极碳纤维、所述纤维隔离膜以及所述负极碳纤维均固化所述结构树脂。本发明专利技术可以在实现最优力学载荷服役性能的同时实现高功率密度的能量存储释放，充分利用材料本征特性从根本上实现减重加强，解决了将电容器元件直接固化进入碳纤维复材内部所导致的减重与热管理需求未得到满足的问题。重与热管理需求未得到满足的问题。重与热管理需求未得到满足的问题。

【技术实现步骤摘要】
高强度结构电容器、制备方法、新能源汽车以及无人机


[0001]本专利技术涉及多功能复合材料电容器制造的
，具体地，涉及高强度结构电容器、制备方法、新能源汽车以及无人机。

技术介绍

[0002]随着国家双碳战略的推进，各行各业对轻量化和高性能提出了更高的要求，尤其是在新能源汽车、无人机等交通运载领域。以电动汽车为例，目前主流的整体减重方法可以概括为车身材料结构优化以及储能设备容量与功率密度提升两大主要方向，表现为车身结构设计不断减材增强，提高比强度；储能设备设计不断增材压缩，提高容量与功率，二者产业互不相关，各自为战，目前均已达到各自性能提升的上限，因此里程难成为新能源汽车的一大瓶颈。二者如何进一步改进对于整体结构减重提性能具有重要意义。
[0003]而将功能与结构复合是解决问题的关键，多功能复合材料作为先进材料，目前已被广泛应用于各行各业，最常见的包括轻质高强碳纤维树脂复材，耐高温透波陶瓷复材等。得益于其复合性，兼具了各式各样的性能。其中，碳纤维增强树脂结构电容器作为储能材料与高性能增强塑料的复合结构，在实现可储存电学能量功能的同时还要满足结构静态承载，动态碰撞等力学服役性能，是典型的材料
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结构
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功能一体化构件。结构电容器构件主动消除了储能设备和实际结构之间的边界，使得所有承力结构件都可作为储能元件并提供能源，从而在根本上提高了材料与空间利用率。更为重要的是，结构电容器避免了常规储能设备改进思路的弊端——集中容量的储能元件导致的机械滥用和热失控问题，结构电容器通过将电源容量均匀分散到整体承力结构上，大大提高了散热面积，更降低了冲击导致高度集成的储能包失效甚至爆炸的危险。但目前结构电容器仍然处于简单粘合阶段，通过利用碳纤维增强树脂优秀的兼容性，将已有的电容器元件固化进入碳纤维复材内部，实现碳纤维增强树脂提供结构强度与刚度，电容器提供能量存储，本质上仍属于装配结构，减重与热管理需求仍未得到满足。因此如何通过优化材料组合方式，充分利用材料性能以实现材料本征的力学
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储能复合一体化性能是亟需解决的问题，本领域仍需提出更先进，更高效的高性能结构电容器设计制造方法。
[0004]专利文献CN113619232A公开了一种结构功能一体化的超电复合材料及其制备方法，是由纤维增强树脂基复合层、超电功能芯层叠层嵌入复合加工而成；所述超电复合材料中纤维增强树脂基复合层的质量分数为85～95％，所述超电功能芯层的质量分数为5～15％；所述超电复合材料的密度为1.6～3.0g/cm3。该专利即为直接将电容器元件固化进入碳纤维复材内部，实现碳纤维增强树脂提供结构强度与刚度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高强度结构电容器、制备方法、新能源汽车以及无人机。
[0006]根据本专利技术提供的一种高强度结构电容器，包括：正极碳纤维、纤维隔离膜、负极
碳纤维以及结构树脂；
[0007]所述纤维隔离膜两侧分别铺设所述正极碳纤维和所述负极碳纤维；
[0008]所述正极碳纤维、所述纤维隔离膜以及所述负极碳纤维浸润离子溶液或固态电解质聚合物，所述正极碳纤维、所述纤维隔离膜以及所述负极碳纤维均固化所述结构树脂。
[0009]优选地，一种所述高强度结构电容器的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1，编织铺设所述正极碳纤维和所述负极碳纤维；
[0011]步骤S2：按照所述正极碳纤维、所述纤维隔离膜、所述负极碳纤维的顺序铺叠各层；
[0012]步骤S3：将步骤S2中的整体在保护气氛下浸润在离子溶液或固态电解质聚合物中；
[0013]步骤S4：将步骤S3中整体进行真空灌注所述结构树脂并固化；
[0014]步骤S5：进行力学和电学性能测试验证，完成性能实验验证。
[0015]优选地，在步骤S1中，所述正极碳纤维和所述负极碳纤维可编织为单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物或三维编织织物。
[0016]优选地，所述正极碳纤维和所述负极碳纤维通过表面改性获得更高的比表面积，或在表面沉积接枝赝电容材料，提高结构电容器的能量密度；
[0017]所述正极碳纤维和所述负极碳纤维的改性方法包括原位生长、直接涂覆、化学接枝、电泳沉积以及碳化。
[0018]优选地，所述纤维隔离膜材料为玻璃纤维、硅硼氮纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、硼纤维、天然苎麻纤维或竹纤维等绝缘纤维。
[0019]优选地，所述纤维隔离膜通过阵列定向生长绝缘的纳米管进行改性。
[0020]优选地，所述结构树脂材质为环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂或酚醛树脂。
[0021]优选地，在步骤S4中，所述离子溶液或固态电解质聚合物与所述结构树脂进行多相混合。
[0022]优选地，所述高强度结构电容器可用于新能源汽车、无人机等交通运输领域。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0024]1、本专利技术可以在实现最优力学载荷服役性能的同时实现高功率密度的能量存储释放，充分利用材料本征特性从根本上实现减重加强，解决了将电容器元件直接固化进入碳纤维复材内部所导致的减重与热管理需求未得到满足的问题；
[0025]2、本专利技术通过将能量均匀分散到结构上，散热面积充足，从而大大降低了热管理要求，避免了传统集成压缩式储能包易产生的过热及机械滥用风险；
[0026]3、本专利技术由于其基体由结构树脂充分浸润包裹，内部离子液体通道各个连续但又相互独立，不存在传统电容器的漏液风险，安全性更好；
[0027]4、本专利技术是基于树脂，电解液，碳纤维，玻璃纤维等基本材料组成的，属于多功能轻质复合材料；
[0028]5、本专利技术由于本质属于复合材料，兼容性较好，可以较为容易的对纤维或树脂进行针对性改性，例如在树脂中加入氢氧化铝，获得阻燃功能。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1为高强度结构电容器结构示意图；
[0031]图2为具有双连续相特征的混杂结构树脂；
[0032]图中所示：
[0033][0034]具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0036]实施例1
[0037]如图1和图2所示，本实施例为高强度结构电容器的结构与制备，包括：正极碳纤维1、纤维隔离膜2、负极碳纤维3以及结构树脂4；纤维隔离膜2两侧分别铺设正极碳纤维1和负极碳纤维3，正极碳纤维1、纤维隔离膜2以及负极碳纤维3浸润离子溶液或固态电解质聚合物21，正极碳纤维1、纤维隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度结构电容器，其特征在于，包括：正极碳纤维(1)、纤维隔离膜(2)、负极碳纤维(3)以及结构树脂(4)；所述纤维隔离膜(2)两侧分别铺设所述正极碳纤维(1)和所述负极碳纤维(3)；所述正极碳纤维(1)、所述纤维隔离膜(2)以及所述负极碳纤维(3)浸润离子溶液或固态电解质聚合物(21)，所述正极碳纤维(1)、所述纤维隔离膜(2)以及所述负极碳纤维(3)均固化所述结构树脂(4)。2.一种权利要求1所述高强度结构电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，编织铺设所述正极碳纤维(1)和所述负极碳纤维(3)；步骤S2：按照所述正极碳纤维(1)、所述纤维隔离膜(2)、所述负极碳纤维(3)的顺序铺叠各层；步骤S3：将步骤S2中的整体在保护气氛下浸润在离子溶液或固态电解质聚合物(21)中；步骤S4：将步骤S3中整体进行真空灌注所述结构树脂(4)并固化；步骤S5：进行力学和电学性能测试验证，完成性能实验验证。3.根据权利要求2所述高强度结构电容器的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述正极碳纤维(1)和所述负极碳纤维(3)可编织为单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物或三维编织织物。4.根据权利要求2所述高强度结...

【专利技术属性】
技术研发人员：何霁，江晟达，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：