CN109672001A - 一种高温锂电池及其应用 - Google Patents

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石川
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Abstract

本发明公开了一种高温锂电池及其应用，高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，所述高温电池器件包括电池壳体以及安装在所述电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，所述无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在所述电池壳体上的接收器。本发明的高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，无线充电器件可以为高温电池器件进行无线充电，使得高温电池器件续航时间长，从而使得高温电池器件可以满足高温环境中机器设备长时间工作需求；本发明的高温锂电池适用于在高温环境中的应用，例如石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井设备的小电流供电设备领域。

Description

一种高温锂电池及其应用
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高温锂电池及其应用。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应以及对环境友好等优点，成为目前最受重视的新型储能电池。虽然，锂离子电池经过多年不断的改进，热安全性有了显著提高，但是在极端环境或滥用条件下，电池产热速率远高于散热速率，造成电池内部热量聚集，进一步造成电池燃烧甚至爆炸，对人财产和生命造成严重的威胁。常规锂电池必须在低于100℃的环境中工作。在石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井设备的小电流供电设备领域，急需高温条件下可持续工作的储能器件。然而常规的热电池，尤其是军用热电池，可用于炮弹的引爆电源或者导弹、核武器的工作电源，工作时间为几秒~60分钟，虽然其工作温度可以高达500℃，但是一次电池难以满足设备长时间工作的需求，无法在常规行业中应用。现有的Li/Mg/SOCl电池体系，在低于180℃条件下可以勉强工作且容量较高，但是SOCl液态电解液难以满足更高温度的需求。
因此设计开发可以持续工作（可充放电）的高温电池，解决高温电池难以兼具持续及超高温工作的问题迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温锂电池及其应用，以克服现有的高温电池难以兼具持续及超高温工作的缺陷。
为此，本发明提供了一种高温锂电池，所述高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，所述高温电池器件包括电池壳体以及安装在所述电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，所述无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在所述电池壳体上的接收器。
优选的，所述发射器包括发射壳体以及安装在所述发射壳体中的发射电磁线圈和芯片。
优选的，所述接收器包括接收电磁线圈和芯片。
优选的，所述正极材料包括锂钴氧化物LiCoO2、锂锰氧化物LiMn2O4、锂镍氧化物LiNiO2、锂钛氧化物Li4/3Ti5/3O4、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物、LiMPO4(M=Fe、Mn、Ni)中的一种。
优选的，所述负极材料包括金属锂、石墨、钛酸锂、石墨烯、软碳和硬碳中的一种。
优选的，所述固态电解质材料为耐高温的锂镧锆氧陶瓷片，锂镧镐氧陶瓷片用热压的方法制备而得。
优选的，所述固态电解质材料为聚合物与锂镧锆氧粉体组成的有机无机复合电解质，所述有机无机复合电解质是将聚合物、锂镧镐氧粉体加入到溶剂中搅拌，涂膜到接收板上，高温烘干制备而得。
优选的，所述聚合物为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚酰胺（PI）、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酷、聚乙烯吡咯烷酮、和聚乙烯醇中的至少一种，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、去离子水、乙酸和N,N一二甲基甲酞胺中的至少一种。
优选的，烘干温度从室温逐步升至700-900℃，升温速率为3-10℃/min，并在最高烘干温度下保持60-120min。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种高温锂电池及其应用，高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，所述高温电池器件包括电池壳体以及安装在所述电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，所述无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在所述电池壳体上的接收器。本发明的高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，无线充电器件可以为高温电池器件进行无线充电，使得高温电池器件续航时间长，从而使得高温电池器件可以满足高温环境中机器设备长时间工作需求；本发明的高温锂电池适用于在高温环境中的应用，例如石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井设备的小电流供电设备领域。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明实施例1的高温锂电池的循环性能测试图；
图2是本发明的高温锂电池的接收器的结构示意图；
图3是本发明的高温锂电池的发射器的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种高温锂电池，包括高温电池器件和无线充电器件，高温电池器件包括电池壳体以及安装在电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在电池壳体上的接收器。
本发明的高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，无线充电器件可以为高温电池器件进行无线充电，使得高温电池器件续航时间长，从而使得高温电池器件可以满足高温环境中机器设备长时间工作需求。本发明的高温锂电池可以作为电化学储能设备在热井、油田中应用，本发明的高温锂电池适用于在高温环境中的应用，例如石油天然气等地下资源的开发利用、矿山钻井设备的小电流供电设备领域。
如图2所示，接收器包括接收电磁线圈1和接收电磁芯片2。如图3所示，发射器包括发射壳体以及安装在发射壳体中的发射电磁线圈3和发射电磁芯片4。无线充电器件应用了电磁波感应原理，及相关的交流感应技术，在发射器和接收器之间利用发射电磁线圈3和接收电磁线圈1来发送和接收产生感应的交流信号，从而可以对高温电池器件进行充电。
正极材料包括锂钴氧化物LiCoO2、锂锰氧化物LiMn2O4、锂镍氧化物LiNiO2、锂钛氧化物Li4/3Ti5/3O4、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物、LiMPO4(M=Fe、Mn、Ni)、金属硫族化物中的一种。
负极材料包括石墨、钛酸锂、石墨烯、软碳或硬碳。
固态电解质材料为耐高温的锂镧锆氧陶瓷片，锂镧镐氧陶瓷片用热压的方法制备而得。
或者，固态电解质材料还可以为聚合物与锂镧锆氧粉体组成的有机无机复合电解质，所述有机无机复合电解质是将聚合物、锂镧镐氧粉体加入到溶剂中搅拌，涂膜到接收板上，高温烘干制备而得。
聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酷、聚乙烯毗咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的至少一种，溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、去离子水、乙酸和N,N一二甲基甲酞胺中的至少一种。
烘干温度从室温逐步升至700-900℃，升温速率为3-10℃/min，并在最高烘干温度下保持60-120min。
实施例1
本实施例的高温锂电池，包括高温电池器件和无线充电器件，高温电池器件包括电池壳体以及安装在电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，固态电解质材料为锂镧锆氧陶瓷片；无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在电池壳体上的接收器。
图1为实施例1的高温锂电池在170℃时的循环性能测试图，从图1中可以看出，本实施例得到的锂电池在170℃时的循环性能稳定，容量在100mAh·g-1以上，说明本实施例的锂电池可以满足高温环境下长时间工作的需求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高温锂电池，其特征在于，
所述高温锂电池包括高温电池器件和无线充电器件，
所述高温电池器件包括电池壳体以及安装在所述电池壳体内部的正极材料、负极材料和固态电解质材料，
所述无线充电器件包括与电源连接的发射器和安装在所述电池壳体上的接收器。
2.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述发射器包括发射壳体以及安装在所述发射壳体中的发射电磁线圈和芯片。
3.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述接收器包括接收电磁线圈和芯片。
4.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述正极材料包括锂钴氧化物LiCoO2、锂锰氧化物LiMn2O4、锂镍氧化物LiNiO2、锂钛氧化物Li4/3Ti5/3O4、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物、LiMPO4(M=Fe、Mn、Ni)中的一种。
5.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述负极材料包括金属锂、石墨、钛酸锂、石墨烯、软碳和硬碳中的一种。
6.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述固态电解质材料为耐高温的锂镧锆氧陶瓷片，锂镧镐氧陶瓷片用热压的方法制备而得。
7.如权利要求1所述的高温锂电池，其特征在于，
所述固态电解质材料为聚合物与锂镧锆氧粉体组成的有机无机复合电解质，
所述有机无机复合电解质是将聚合物、锂镧镐氧粉体加入到溶剂中搅拌，涂膜到接收板上，高温烘干制备而得。
8.如权利要求7所述的高温锂电池，其特征在于，
所述聚合物为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚酰胺（PI）、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酷、聚乙烯吡咯烷酮、和聚乙烯醇中的至少一种，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、去离子水、乙酸和N,N一二甲基甲酞胺中的至少一种。
9.如权利要求7所述的高温锂电池，其特征在于，
烘干温度从室温逐步升至700-900℃，升温速率为3-10℃/min，并在最高烘干温度下保持60-120min。
10.如权利要求1-9中任一项所述的高温锂电池在石油井下的应用。
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