CN108832171A - 一种自加热聚合物固态电池 - Google Patents

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曹勇
苏峰
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Abstract

本发明涉及一种自加热聚合物固态电池，包括正极片、负极片及贴合在负极片外侧金属箔片，所述正极片与负极片之间设有聚合物固态电解液，所述金属箔片上设有两个极耳，其中一个极耳与负极连接，且该极耳与所有阳极层的极耳焊接在一起；另一个极耳延伸到电池外形成激活终端，该激活终端与负极之间的切换由温感仪控制。本发明采用三电极自加热技术使得聚合物锂离子电池自动升温至指定温度，后通过温感仪将其断开使得电池的聚合物电解质在此温度下达到熔融状态，即达到聚合物电解质最佳工作温度。本发明可以很好的解决固态聚合物锂离子电池在常温或低温下锂离子导电率较低、电池放电容量降低的问题。

Description

一种自加热聚合物固态电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种自加热聚合物固态电池。
背景技术
锂离子电池因具有比能量大，质量轻，循环寿命好，自放电率低，无记忆效应及对环境友好等优点，广泛应用于国防工业、电动行业、空间技术等大型应用领域。但是目前传统锂离子电池已经不能满足对高能量密度储能设备不断增加的需求。金属锂由于其高比容量（3860 mA·h/g）和低电化学势（–3.040 V 相对于标准氢电极）被认为是理想的高能量密度负极材料。然而金属锂负极在液态电解液中使用面临诸多问题，如不稳定的固态电解质膜（SEI）、循环过程中不可控的锂枝晶生长以及持续不断的金属锂与电解液之间的反应。并且液态电池容易发生液态电解液的泄漏和燃烧，多孔隔膜在循环过程中易被产生的锂枝晶刺穿而发生短路，产生过热或引起爆炸等安全问题，严重限制了锂离子电池在高安全、长循环寿命和环境友好型储能设备方面的发展。固态电解质由于不泄漏、易封装及工作温度范围宽等具有更高的安全性和易操作性。并且固态电解质具有较宽的电化学稳定窗口，可与高电压的电极材料配合使用，提高电池的能量密度；固态电解质具有高的机械强度，可以在电池循环过程中有效抑制锂枝晶的刺穿，使具有高理论能量密度的金属锂作为负极成为可能。因此，固态电解质为实现高能量密度和高安全性的金属锂电池的发展带来了曙光。然而，在常温或在更低的温度下采用聚合物电解质的全固态电池的电导率较低，且温度越低，聚合物电解质的电导率就越低。当电导率下降之后，电解质传导活性离子的能力就下降，表现为电池内部反应的阻力就会增加(这个阻力在电化学里面用阻抗表示)，造成放电能力下降，即容量下降。因此，需要开发一种新的技术方案解决采用聚合物电解质的全固态电池常温使用容量下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自加热聚合物固态电池，能显著改善采用聚合物电解质的全固态电池常温使用容量下降的问题，且制备方法简单、环保，生产可操作性强。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种自加热聚合物固态电池，包括正极片、负极片及贴合在负极片外侧金属箔片，所述正极片与负极片之间设有聚合物固态电解液，所述金属箔片上设有两个极耳，其中一个极耳与负极连接，且该极耳与所有阳极层的极耳焊接在一起；另一个极耳延伸到电池外形成激活终端，该激活终端与负极之间的切换由温感仪控制。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述金属箔片的厚度为30-60μm。
所述金属箔片由Ni、Pt、Au、Cu、Fe、Al、Ag、W单金属或合金制成。
所述聚合物的电解质是以聚合物基体和锂盐构成。
所述聚合物基体包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或以聚氧化乙烯。
所述锂盐包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6。
所述金属箔片的两个极耳之间的电阻为50-60 mΩ，在室温下25 oC使电池电压保持在1.9-2.1V左右，以防止固态电解质膜分解以及铜箔氧化。
由上述技术方案可知，本发明所述的自加热聚合物固态电池，在常温或低温下，采用三电极自加热技术使得聚合物锂离子电池自动升温至指定温度，后通过温感仪将其断开使得电池的聚合物电解质在此温度下达到熔融状态，即达到聚合物电解质最佳工作温度。本发明可以很好的解决固态聚合物锂离子电池在常温或低温下锂离子导电率较低、电池放电容量降低的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的自加热聚合物固态电池，包括正极片1、负极片2及贴合在负极片2外侧金属箔片3，正极片1与负极片2之间设有聚合物固态电解液4，金属箔片3上设有两个极耳，第一个极耳31与负极片2上的负极耳21连接，且极耳31与所有阳极层的极耳焊接在一起；第二个极耳32延伸到电池外形成激活终端33，该激活终端33与负极耳21之间通过连接线5与温感仪连接，由温感仪控制激活终端33与负极耳21之间切换控制。当电池内部温度达到或超过设定温度时，从而使聚合物固态电解质升温到最佳工作温度，即熔融态，提高锂离子电导率，提高电池容量，即自加热激活过程完成。
金属箔片3的厚度为30-60μm，金属箔片3由Ni、Pt、Au、Cu、Fe、Al、Ag、W单金属或合金制成。本实施例优选于镍（Ni）金属箔片3，其厚度为50μm。
聚合物的电解质是以聚氧化乙烯（PEO）为代表的聚合物基体和锂盐构成，该聚合物基体包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或以聚氧化乙烯；锂盐包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6。其室温电导率仅为10-7-10-5 S/cm，电池必须在60 oC以上的温度下工作。
金属箔片3的两个极耳之间的电阻为50-60 mΩ，本实施例优选于56 mΩ，在室温下25 oC使电池电压保持在2.0 V左右，以防止固态电解质膜分解以及铜箔氧化。
本发明通过温感仪开关将激活终端与负极连接起来，开关被打开时，即电池被激活启动自加热功能时，电子必须穿过镍箔，产生大量的欧姆热，它能迅速加热整个电池的核心。当聚合物电解质固态电池在设定温度下运行时，激活终端和负极之间的开关保持关闭，使电子绕过镍箔并恢复自加热电池为传统的聚合物固态锂离子电池，能量密度大，锂离子电导率接近传统的液态锂离子电池。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自加热聚合物固态电池，其特征在于：包括正极片、负极片及贴合在负极片外侧金属箔片，所述正极片与负极片之间设有聚合物固态电解液，所述金属箔片上设有两个极耳，其中一个极耳与负极连接，且该极耳与所有阳极层的极耳焊接在一起；另一个极耳延伸到电池外形成激活终端，该激活终端与负极之间的切换由温感仪控制。
2.根据权利要求1所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述金属箔片的厚度为30-60μm。
3.根据权利要求1所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述金属箔片由Ni、Pt、Au、Cu、Fe、Al、Ag、W单金属或合金制成。
4.根据权利要求1所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述聚合物的电解质是以聚合物基体和锂盐构成。
5.根据权利要求4所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述聚合物基体包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或以聚氧化乙烯。
6.根据权利要求4所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述锂盐包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6。
7.根据权利要求1所述的自加热聚合物固态电池，其特征在于：所述金属箔片的两个极耳之间的电阻为50-60 mΩ，在室温下25 oC使电池电压保持在1.9-2.1V左右，以防止固态电解质膜分解以及铜箔氧化。
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