本发明专利技术公开了一种基于固态电芯的结构电池、包含其的结构电池组及其制造方法。所述结构电池包括所述固态电芯及其外表面的封装部，所述封装部为经热处理的纤维预浸料，所述热处理的温度为60～300℃；所述固态电解质膜与所述电极片之间至少一个界面设置有热引发形成的界面修饰层；所述热引发的温度为40～250℃。本发明专利技术的界面修饰层通过热引发原位聚合或热引发塑性化的方法获得，使得结构电池具备良好的电极/电解质界面，具有好的循环性能和倍率性能；纤维预浸料封装部保证结构电池具有很高的承载力；界面修饰层和纤维预浸料封装部依据热引发温度和热处理温度的匹配进行选择，通过同步加热实现各自功能，可在提高电池性能的同时，大大缩短电池的制造流程。大大缩短电池的制造流程。大大缩短电池的制造流程。
【技术实现步骤摘要】
基于固态电芯的结构电池、包含其的结构电池组及其制造方法
[0001]本专利技术涉及化学电源
，更具体地，涉及一种基于固态电芯的结构电池、包含其的结构电池组及其制造方法。
技术介绍
[0002]商用的锂离子电池是以过渡金属氧化物或聚阴离子型金属氧化物为正极活性材料，以石墨为负极活性材料，酯类电解液或聚合物凝胶为电解液。然而，传统液体电解液具有耐高温性能较差，易导致严重的安全问题。采用固态电解质代替有机电解液的固态电池具有高能量密度和高安全性等优点，为下一代能量存储设备提供了一种很有前途的解决方案。目前，固态电芯的性能主要受到电极
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固态电解质固固界面的离子传输速度的影响。
[0003]传统的电池储能系统体积大、重量大、耐腐蚀性差、易损坏，使用寿命相对较短，在工业中的应用受到很大限制。近年来，集承载结构和储能的功能于一体的结构电池逐渐被开发。结构电池对电池整体的力学强度和电化学性能同时提出了较高的要求。
[0004]公告号为CN 111600056 B的专利技术专利公开了一种储能复合材料结构电池的制备方法，其包括以下步骤：将电极片放置隔膜两侧进行Z型叠片制备电芯；用预浸料和泡沫材料制备壳体，然后将电芯放置的壳体中组成三明治结构；通过模压机热压复合成型；注入电解液体；密封、测试。虽然该方案公开其得到的结构电池具有较好的抗力学冲击性能，然而，制备过程中预留注液孔，在注液后将注液孔用防爆塞密封。该注液孔仍可能成为电池的耐冲击薄弱处，而且该电池也无法克服基于液态电解液的电池缺点。
[0005]公开号为CN 113036268 A的专利技术专利公开了一种锂金属结构电池，由结构阴极、结构电解质、锂金属阳极、极耳及纤维/环氧复合材料封装材料构成。所述锂金属阳极采取了保护处理措施。所述结构电解质由无机电解质和玻璃纤维共同增强的聚合物电解质构成。所述结构电池采用碳纤维增强的结构阴极和阳极大大提升了其力学强度指标，采用锂金属作为阳极使得所述结构电池的电化学性能得到提升。然而，一方面，该方案中各组件的结构化定制提高了制造难度，另一方面，该方案未考虑结构电池内电极和电解质界面性能的优化。
[0006]因此，开发一种易于制造且界面性能优化的基于固态电芯的结构电池是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0007]由于现有技术存在上述缺陷，本专利技术提供了一种基于固态电芯的结构电池、包含其的结构电池组及其制造方法，以解决固态电芯电极
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固态电解质固固界面的离子传输受限和结构电池制造工艺复杂的问题。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种基于固态电芯的结构电池，所述固态电芯包括正极片、负极片以及固态电解质膜，正极片和负极片交错层叠设置，所述固态电解
质膜交错穿设于相邻的所述正极片和所述负极片之间，其特征在于：所述结构电池包括所述固态电芯和所述固态电芯外表面的封装部，所述封装部为经热处理的纤维预浸料，所述纤维预浸料热处理的温度为60～300℃；所述固态电解质膜与所述正极片之间、所述固态电解质膜与所述负极片之间至少一个界面设置有热引发形成的界面修饰层；所述热引发的温度为40～250℃；所述界面修饰层与两侧的所述固态电解质膜和电极片均良好接触；所述正极片、负极片和固态电解质膜的热稳定温度高于所述纤维预浸料热处理的温度和所述界面修饰层热引发的温度。
[0009]优选地，所述固态电解质膜为柔性的聚合物固态电解质膜或有机
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无机复合固态电解质膜；所述固态电芯中正极片、负极片以及固态电解质膜的设置为叠片式或卷绕式。
[0010]优选地，所述固态电解质膜为聚合物固态电解质膜、无机固态电解质膜或有机
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无机复合固态电解质膜；所述固态电芯中正极片、负极片以及固态电解质膜的设置为叠片式。
[0011]优选地，所述纤维预浸料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、混杂纤维预浸料中任意一种；和/或，所述正极片的活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸钒锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰酸锂中任意一种或至少两种；和/或，所述负极片的活性材料为锂金属、石墨、钛酸锂、铌钛氧化物、硅、硅碳复合材料中任意一种或至少两种。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种上述的结构电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤S11、将聚合物单体、所述聚合物单体聚合的引发剂、锂盐和电解液溶剂进行混合得到液态的界面修饰前驱体；
[0014]步骤S12、正极片和/或负极片表面刷涂所述界面修饰前驱体后，将正极片、固态电解质膜、负极片、固态电解质膜依次层叠后叠片或卷绕得到所述固态电芯；
[0015]步骤S13、采用纤维预浸料对所述固态电芯进行封装；
[0016]步骤S14、对步骤S13得到的封装体进行加热固化得到所述结构电池；所述界面修饰前驱体经热引发聚合形成界面修饰层、以及所述纤维预浸料经热处理固化成型的过程同步完成。
[0017]优选地，所述聚合物单体包括1,3
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二氧戊环单体、丙烯酸酯类单体(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯等)、烯丙基甲基碳酸酯、乙酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中任意一种或至少两种；和/或，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、双(4
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叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯和2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]第三方面，本专利技术提供了一种上述的结构电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]步骤S21、在正极片和/或负极片表面覆盖一层热塑性的聚合物电解质薄膜后，将正极片、固态电解质膜、负极片、固态电解质膜依次层叠后叠片或卷绕得到所述固态电芯；
[0020]步骤S22、采用纤维预浸料对所述固态电芯进行封装；
[0021]步骤S23、对步骤S22得到的封装体进行加热固化得到所述结构电池；所述热塑性的聚合物电解质薄膜经热引发形成界面修饰层、以及所述纤维预浸料经热处理固化成型的过程同步完成。
[0022]优选地，所述热塑性的聚合物电解质薄膜包括含锂盐的聚氧化乙烯，聚环氧丙烷，
聚偏氟乙烯，聚丙烯腈树脂，聚丙烯酸酯类聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯等)、碳酸酯类聚合物中任意一种或至少两种。丙烯酸酯类聚合物例如聚甲基丙烯酸甲酯，碳酸酯类聚合物例如聚碳酸亚乙烯酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚亚丙基碳酸酯。
[0023]第四方面，本专利技术提供一种结构电池，其特征在于，通过上述的制造方法所制造。
[0024]第五方面，本专利技术提供一种结构电池组，其特征在于，包括上述的结构电池或上述的制造方法制造的结构电池；较佳地，所述结构电池组为蜂窝结构，所述结构电池内嵌于蜂窝芯中，并通过上下两层面板和结构胶粘接固定所述蜂窝芯。
[0025]最后一方面，本专利技术提供一种用电设备，其特征在于，搭载了包括上述的结构电池、上述的制造方法制造的结构电池、或结构电池组。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于固态电芯的结构电池，所述固态电芯包括正极片、负极片以及固态电解质膜，正极片和负极片交错层叠设置，所述固态电解质膜交错穿设于相邻的所述正极片和所述负极片之间，其特征在于：所述结构电池包括所述固态电芯和所述固态电芯外表面的封装部，所述封装部为经热处理的纤维预浸料，所述纤维预浸料热处理的温度为60～300℃；所述固态电解质膜与所述正极片之间、所述固态电解质膜与所述负极片之间至少一个界面设置有热引发形成的界面修饰层；所述热引发的温度为40～250℃；所述界面修饰层与两侧的所述固态电解质膜和电极片均良好接触；所述正极片、负极片和固态电解质膜的热稳定温度高于所述纤维预浸料热处理的温度和所述界面修饰层热引发的温度。2.根据权利要求1所述的一种基于固态电芯的结构电池，其特征在于，所述固态电解质膜为柔性的聚合物固态电解质膜或有机
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无机复合固态电解质膜；所述固态电芯中正极片、负极片以及固态电解质膜的设置为叠片式或卷绕式。3.根据权利要求1所述的一种基于固态电芯的结构电池，其特征在于，所述固态电解质膜为聚合物固态电解质膜、无机固态电解质膜或有机
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无机复合固态电解质膜；所述固态电芯中正极片、负极片以及固态电解质膜的设置为叠片式。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于固态电芯的结构电池，其特征在于，所述纤维预浸料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、混杂纤维预浸料中任意一种；和/或，所述正极片的活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸钒锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰酸锂中任意一种或至少两种；和/或，所述负极片的活性材料为锂金属、石墨、钛酸锂、铌钛氧化物、硅、硅碳复合材料中任意一种或至少两种。5.一种权利要求1至4任一项所述的结构电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S11、将聚合物单体、所述聚合物单体聚合的引发剂、锂盐和电解液溶剂进行混合得到液态的界面修饰前驱体；步骤S12、正极片和/或负极片表面刷涂所述界面修饰前驱体后，将正极片、固态电解质膜、负极片、固态电解质膜依次层叠后叠片或...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅宇，李岩，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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