一种自修复微胶囊、胶囊组合及制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种能动信一体的自修复微胶囊、胶囊组合及制备方法。该能动信一体的自修复微胶囊包括芯材和壳材。所述芯材为高吉布斯自由能物质；所述壳材包裹在所述芯材的外周上。本发明专利技术实施例的自修复微胶囊和自修复微胶囊组合具有高粘附性、高芯材比、高自发性等，使其可以行为一种能动信一体的自修复微胶囊和自修复微胶囊组合，其可以在较少添加量的情况下，通过应力作用导致微胶囊破裂

【技术实现步骤摘要】
一种自修复微胶囊、胶囊组合及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池相关
，具体地说是涉及一种自修复微胶囊、胶囊组合及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是最常用的储能器件，但使用过程中电池内部产生的微损伤如电极裂纹、界面剥离等会严重影响电池的使用寿命和安全性。特别是，柔性锂离子电池的微损伤问题尤为突出。轻质高强锂离子电池在承载外力时也会在内部产生微损伤。所以，如何有效解决锂离子电池内部微损伤成为了研究热点。
[0003]电极裂纹的产生和扩展会导致活性物质脱落等损伤，严重影响电池的电化学性能。目前研究大多着手粘结剂的力学性能及黏附性能增强，以达到预防电极裂纹产生的目的。比如，自修复粘结剂，在裂纹产生时可以进行自主修复，以保持完整电极结构。但上述粘结剂的研究效果较差，难以真正解决电极裂纹问题。在柔性锂离子电池中，由于使用场景的特殊，电极裂纹问题更加严重。电极柔性化、新型柔性电池结构的设计虽然较好的解决了电极裂纹的问题，但牺牲了能量密度，增加了电池制造难度和成本。另外，电池内部的界面剥离问题一直没有有效的解决办法。

技术实现思路

[0004]为了有效解决锂离子电池内部微损伤问题，本专利技术的公开了一种简单、高效、可以较小程度影响电池结构及能量密度的自修复材料及其制备方法。
[0005]其中，本专利技术的一个方面公开了一种能动信一体的自修复微胶囊。
[0006]所述能动信一体的自修复微胶囊包括芯材和壳材。所述芯材为高吉布斯自由能物质；所述壳材包裹在所述芯材的外周上。<br/>[0007]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述能动信一体的自修复微胶囊包括表面修饰壳层；所述表面修饰壳层包裹在所述壳材的外周上，使得在所述壳材的外周上形成一高粘附功能层。
[0008]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述表面修饰壳层为聚乙烯醇层。
[0009]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述芯材的质量分数为60～80％。
[0010]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述自修复微胶囊的粒径为20nm～1um。
[0011]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述芯材为异氰酸酯、多元胺或者聚乙二醇。
[0012]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述壳材为三聚氰胺
‑
甲醛树脂、聚氨酯、环氧树脂、聚脲、聚乙烯醇、有机硅、壳聚糖或者瓜儿豆胶。
[0013]其中，本专利技术的另一个方面公开了一种能动信一体的自修复微胶囊组合。
[0014]所述能动信一体的自修复微胶囊组合包括自修复微胶囊A和自修复微胶囊 B；其中，所述自修复微胶囊A和所述自修复微胶囊B均由如上任意一项所述的能动信一体的自修复微胶囊形成；并且，所述自修复微胶囊A的芯材材料和所述自修复微胶囊B的芯材材料不
同。
[0015]其中，本专利技术的再一个方面公开了一种能动信一体的自修复微胶囊的制备方法。所述能动信一体的自修复微胶囊的制备方法包括如下步骤：
[0016]步骤一，微胶囊壳层预聚体制备：
[0017]将如上所述的能动信一体的自修复微胶囊的壳材原材料溶于水中，在室温至55℃、pH3～7的条件下以400～800r/min的转速搅拌至均匀以得到预聚体溶液或均相聚合物溶液；其中，所述预聚体溶液或均相聚合物溶液的质量分数为 5～20％；
[0018]步骤二，微胶囊乳化：
[0019]将如上所述的能动信一体的自修复微胶囊的芯材原材料与乳化剂在 55～80℃、pH3～7的条件下以800～1500r/min的转速搅拌10～45min，之后加入水并以大于1500r/min的转速搅拌乳化15～60min，得到稳定的水包油型乳液；其中，所述的芯材原材料浓度为3～20wt％，乳化剂的浓度为0.5～2wt％；
[0020]步骤三，微胶囊壳层交联：
[0021]将步骤一制得的所述预聚体溶液或均相聚合物溶液缓慢加入至步骤二制得的所述水包油型乳液中；随后，调整搅拌速率为100～500r/min继续反应0.5～4h；反应结束后，用去离子水和酒精反复清洗2～5次，抽滤并真空干燥后即得到微胶囊；其中，所述步骤一制得的所述预聚体溶液或均相聚合物溶液与所述步骤二制得的所述水包油型乳液的质量比为1∶(0.0375～0.15)。
[0022]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述能动信一体的自修复微胶囊的制备方法还包括：
[0023]步骤四，微胶囊表面修饰：
[0024]将步骤三中的所述微胶囊，在50～90℃、300～1000r/min的搅拌条件下，加入到2～18wt％的如上所述的能动信一体的自修复微胶囊的表面修饰壳层材料溶液中，搅拌1～3h后，用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后即得到所述自修复微胶囊。
[0025]与现有技术相比，本专利技术实施例的能动信一体的自修复微胶囊、胶囊组合及制备方法具有如下有益效果：
[0026]本专利技术实施例的能动信一体的自修复微胶囊和能动信一体的自修复微胶囊组合可以接收由微损伤产生的应力信号并及时破裂响应并完成自发修复。具体过程为：在受力情况下，随着锂离子电池微损伤的产生，导致微胶囊壳层破裂并释放出具有高吉布斯自由能的芯材，芯材自发流动到损伤处并混合，在自由能的驱动下，以氢键、配位键、静电相互作用等超分子作用或缩聚反应进行自发反应，形成高电导与高粘附修复层，实现微裂纹的修复，进而恢复电池容量。进一步，微胶囊外部可以修饰有一层高粘附功能层，作为活性粘结位点以提升电极结构完整性，在不影响电池能量密度的情况下提升其循环稳定性。
[0027]因此，本专利技术实施例的能动信一体的自修复微胶囊和能动信一体的自修复微胶囊组合具有高粘附性、高芯材比、高自发性等，使其可以行为一种能动信一体的自修复微胶囊和自修复微胶囊组合，其可以在较少添加量的情况下，通过应力作用导致微胶囊破裂
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芯材流动
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自由能驱动裂纹闭合，实现锂离子电池内部微损伤的快速闭合修复及裂缝界面粘附，最终恢复锂离子电池的容量。
[0028]本专利技术的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应
附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本专利技术的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本专利技术披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
[0029]在此所述的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，
[0030]图1是根据本专利技术的一些实施例所示的能动信一体的自修复微胶囊组合的工作示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述能动信一体的自修复微胶囊包括：芯材，所述芯材为高吉布斯自由能物质；以及壳材，所述壳材包裹在所述芯材的外周上。2.根据权利要求1所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述能动信一体的自修复微胶囊包括表面修饰壳层；所述表面修饰壳层包裹在所述壳材的外周上，使得在所述壳材的外周上形成一高粘附功能层。3.根据权利要求2所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述表面修饰壳层为聚乙烯醇层。4.根据权利要求2所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述芯材的质量分数为60～80％。5.根据权利要求2所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述自修复微胶囊的粒径为20nm～1um。6.根据权利要求1至5之一所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述芯材为异氰酸酯、多元胺或者聚乙二醇。7.根据权利要求1至5之一所述的能动信一体的自修复微胶囊，其特征在于，所述壳材为三聚氰胺
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甲醛树脂、聚氨酯、环氧树脂、聚脲、聚乙烯醇、有机硅、壳聚糖或者瓜儿豆胶。8.一种能动信一体的自修复微胶囊组合，其特征在于，所述能动信一体的自修复微胶囊组合包括自修复微胶囊A和自修复微胶囊B；其中，所述自修复微胶囊A和所述自修复微胶囊B均由权利要求1至7之一所述的能动信一体的自修复微胶囊形成；并且，所述自修复微胶囊A的芯材材料和所述自修复微胶囊B的芯材材料不同。9.一种能动信一体的自修复微胶囊的制备方法，其特征在于，所述能动信一体的自修复微胶囊的制备方法包括如下步骤：步骤一，微胶囊壳层预聚体制备：将权利要求1至8...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，杨紫钰，伍芳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：