【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性电池，特别涉及一种基于超高分子量聚乙烯的离子电池用的柔性自支撑多孔极片、膜组件及制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着科技的发展，人们对于能量的需求不断增长，离子电池(ibs)已成为现代社会的主要储能设备，是支撑新型智能终端、电动交通工具、新能源储能等产业发展的重要电子基础产品之一。离子电池是由两个能可逆的嵌入与脱嵌的离子化合物作为正、负极构成的二次电池，充电时，离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。
2、离子电池(ibs)包括锂离子电池(libs)、钠离子电池(sibs)、锌离子电池(zibs)以及镁离子电池(mibs)。纵观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄的方向发展。在商品化的可充电池中，离子电池的比能量高，其中的正、负极主要由活性物质、粘结剂以及导电剂组成，特别是锂离子电池(libs)，可以实现可充电池的薄形化。由于libs工作原理的特殊性，所以其对正、负极材料的结构有特殊的要求。锂离子电池技术的发展，伴随能量密度指标的重要性与日俱增，电极活性载量逐步提升，传统粘结剂开始暴露出粘结不牢、分布不均匀、提供的机械强度不足、固体电解质相界面(sei)厚度不均等缺点。因此，关于粘结剂相关的研究逐步增多，粘结剂开始具有一些新功能(如提升电导率、稳定界面、抑制活性材料的体积膨胀等)，开发新型粘结剂的重要性越来越凸显。
3、为了解决传统粘结
4、离子电池中，正极粘结剂主要包括油系聚偏氟乙烯(pvdf)，丙烯酸(paa)、聚丙烯腈(pan)和聚丙烯酸酯；负极粘接剂同正极相似，主要包括油系pvdf、水系的cmc、pamac、聚乙烯醇(pva)、海藻酸钠。在制备正、负极片时对粘结剂的选择至关重要，虽然目前的粘结剂工艺已经较为成熟，也具有一些优异特性，例如pvdf具有较宽的电化学稳定窗口，在0-5v(li/li+)时电化学性能稳定，同时pvdf具有较好的抗氧化能力和化学反应惰性，不易变质，但还是存在一些难以解决的问题，如：(1)粘结剂本身电子和离子导电性较弱，导致libs的性能大打折扣；(2)一些粘结剂的粘结作用一般来自于分子间的范德华力和主链上c-f键和电极其他物质形成的氢键，特别是当粘结剂应用在大体积膨胀的硅负极时，容易造成容量损失以及导电网络断裂；(3)一些粘结剂需要使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作溶剂，这种溶剂的挥发温度较高，有一定的环境污染，且价格贵；(4)杨氏模量相对较高，极片的柔韧性不够好。为了降低正、负极片在充放电过程中膨胀问题，目前多采用粘结剂交联改性、表面高温烧结等方法制备极片，使其膨胀比例下降，毫无疑问，粘结剂交联改性等方法克服了正、负极片在充放电过程中膨胀问题并且提升了极片的充放电性能，但这种技术工艺复杂、成本高且无法大批量生产，阻碍了其大规模的推广和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，该极片具有良好的柔性，可在经受多次折叠后性能不变，同时有效避免其在充放电过程中的膨胀问题，其热稳定性强，对电解液具有更好的吸收浸润性和吸附性，应用后可有效提高电池性能。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种具有上述柔性自支撑多孔极片的离子电池用的膜组件。
3、本专利技术的又一目的在于提供一种上述柔性自支撑多孔极片的制备方法。
4、本专利技术的再一目的在于提供一种上述膜组件的制备方法。
5、本专利技术的技术方案为：一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，包括支撑骨架、活性材料和导电剂，支撑骨架为超高分子聚乙烯制作的多孔纤维膜，支撑骨架表面分布有活性材料和导电剂，多孔极片的整体厚度为9～150um；多孔极片为多孔正极极片或多孔负极极片，即该柔性自支撑多孔极片可作为多孔的正极极片或负极极片使用，通过使用相应类型的活性材料即可实现。
6、所述多孔极片中，各原料的质量份数如下：超高分子量聚乙烯2～20份，活性材料55～96份，导电剂2～25份。
7、所述多孔极片为多孔正极极片时，活性材料为锂离子电池正极活性材料、钠离子电池正极活性材料、锌离子电池正极活性材料或镁离子电池正极活性材料；其中，锂离子电池正极活性材料为锰酸锂(limno4)，钴酸锂(licoo2)，磷酸铁锂(lifepo4)或三元材料(linimncoo2)中的一种或多种；钠离子电池正极活性材料为钠锰氧化物(namno2)、钠钴氧化物(nacoo2)、钠镍氧化物(nanio2)、钠铁磷酸盐(nafepo4)、钠硫化物(na2s)或钠硫化铁(na2fes2)中的一种或多种；锌离子电池正极活性材料为二氧化锰(mno2)、锰氧化物(mn3o4)、氧化钴(co3o4)或磷酸铁锂(lifepo4)中的一种或多种；镁离子电池正极活性材料为二氧化锰(mno2)、高岭土(kalsi3o8)、磷酸铁锂(lifepo4)、二硫化钼(mos2)或硫化钛(tis2)中的一种或多种；
8、所述多孔极片为多孔负极极片时，活性材料为天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳(hc)、钛酸锂(lto)或si基材料中的一种或多种；
9、所述活性材料的粒径范围为50nm～10μm。
10、所述导电剂为乙炔黑(ab)、石墨(ks)、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管(cnts)、科琴黑(kb)或石墨烯中的一种或多种。
11、本专利技术一种具有上述柔性自支撑多孔极片的离子电池用的膜组件，包括相连接并形成一体化结构的多孔极片和隔膜层，其中隔膜层为一层，多孔极片为一层或两层；
12、当多孔极片为一层时，多孔极片为多孔正极极片，多孔正极极片与隔膜层形成双层一体膜组件，双层一体膜组件的整体厚度为10～150μm，其中隔膜层的厚度为1～20μm，多孔正极极片的厚度为9～130μm；
13、当多孔极片为两层时，多孔极片中的一层为多孔正极极片，另一层为多孔负极极片，多孔正极极片、隔膜层和多孔负极极片依次连接形成三层一体膜组件，三层一体膜组件的整体厚度为19～280μm，其中隔膜层的厚度为1～20μm，多孔正极极片的厚度为9～130μm，多孔负极极片的厚度为9～130μm；
14、双层一体膜组件和三层一体膜组件中的每层均采用超高分子聚乙烯制作的多孔纤维膜作为支撑骨架，其中隔膜层的支撑骨架表面负载有陶瓷材料。双层一体膜组件和三层一体膜组件中，各层负载不同的功能材料，其中多孔极片高负载活性材料和导电剂，隔膜负载陶瓷材料。
15本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，包括支撑骨架、活性材料和导电剂，支撑骨架为超高分子聚乙烯制作的多孔纤维膜，支撑骨架表面分布有活性材料和导电剂，多孔极片的整体厚度为9～150um；多孔极片为多孔正极极片或多孔负极极片。
2.根据权利要求1所述一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，所述多孔极片中，各原料的质量份数如下：超高分子量聚乙烯2～20份，活性材料55～96份，导电剂2～25份。
3.根据权利要求1所述一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，所述多孔极片为多孔正极极片时，活性材料为锂离子电池正极活性材料、钠离子电池正极活性材料、锌离子电池正极活性材料或镁离子电池正极活性材料；其中，锂离子电池正极活性材料为锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂或三元材料中的一种或多种；钠离子电池正极活性材料为钠锰氧化物、钠钴氧化物、钠镍氧化物、钠铁磷酸盐、钠硫化物或钠硫化铁中的一种或多种；锌离子电池正极活性材料为二氧化锰、锰氧化物、氧化钴或磷酸铁锂中的一种或多种；镁离子电池正极活性材料为二氧化锰、高岭土、磷酸铁锂、二硫化钼或硫化钛中的一种或多种；<...
【技术特征摘要】
1.一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，包括支撑骨架、活性材料和导电剂，支撑骨架为超高分子聚乙烯制作的多孔纤维膜，支撑骨架表面分布有活性材料和导电剂，多孔极片的整体厚度为9～150um；多孔极片为多孔正极极片或多孔负极极片。
2.根据权利要求1所述一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，所述多孔极片中，各原料的质量份数如下：超高分子量聚乙烯2～20份，活性材料55～96份，导电剂2～25份。
3.根据权利要求1所述一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在于，所述多孔极片为多孔正极极片时，活性材料为锂离子电池正极活性材料、钠离子电池正极活性材料、锌离子电池正极活性材料或镁离子电池正极活性材料；其中，锂离子电池正极活性材料为锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂或三元材料中的一种或多种；钠离子电池正极活性材料为钠锰氧化物、钠钴氧化物、钠镍氧化物、钠铁磷酸盐、钠硫化物或钠硫化铁中的一种或多种；锌离子电池正极活性材料为二氧化锰、锰氧化物、氧化钴或磷酸铁锂中的一种或多种；镁离子电池正极活性材料为二氧化锰、高岭土、磷酸铁锂、二硫化钼或硫化钛中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述一种离子电池用的柔性自支撑多孔极片，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张桂珍，温济海，黄刚，冯彦洪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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