CN112646300B - 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途 - Google Patents

一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN112646300B
CN112646300B CN202011528524.XA CN202011528524A CN112646300B CN 112646300 B CN112646300 B CN 112646300B CN 202011528524 A CN202011528524 A CN 202011528524A CN 112646300 B CN112646300 B CN 112646300B
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix
buffer material
cell buffer
solution
item
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011528524.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112646300A (zh
Inventor
聂荣健
吕睿
王守兵
陈岩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Svolt Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Svolt Energy Technology Co Ltd filed Critical Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202011528524.XA priority Critical patent/CN112646300B/zh
Publication of CN112646300A publication Critical patent/CN112646300A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112646300B publication Critical patent/CN112646300B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075Macromolecular gels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2329/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2329/02Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08J2329/04Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/042Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供了一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途,所述的电芯缓冲材料包括基体和增强项,所述的基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合,所述增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯。所述的制备方法包括:将增强项溶液加入至基体溶液,形成增强项‑基体凝胶,干燥后得到所述的电芯缓冲材料。本发明提供的电芯缓冲材料,利用基体与增强项之间的羟基、羧基和羰基发生氢键作用,作为额外的物理交联点,使本发明具有弹性模量高、散热快和拉伸强度大等特点,可以有效改善电芯的循环性能。

Description

一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,涉及电芯缓冲材料,尤其涉及一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途。
背景技术
近年来,新能源汽车增长迅速,锂离子动力电池已经成为发展新能源电动汽车的关键。其中,动力电池通常是以电芯串联或并联成组的模式组成动力电池模组。模组在组装时,模组内部需要有一定的预紧力,一方面可以对电芯进行固定,另一方面可以保证电芯反应界面的接触良好,以提高和改善电池的循环性能。在电池模组内通常需要缓冲材料,通过压缩缓冲材料产生的反作用力实现模组内部预紧力的要求。在单体电芯循环测试过程中也会模拟模组循环条件,添加缓冲材料。
此外,方形铝壳电池壳体与内部极组之间的空隙较小,在充放电过程中,锂离子在正负极材料的晶格中不断的嵌入和脱出,宏观上体现为电芯厚度的变化。另外随着电芯循环的进行,电解液副反应增多,电芯产气,进一步加剧了电芯的膨胀,这种厚度的变化会对锂离子电池的寿命和电芯成组造成不利影响。
目前常用的缓冲材料有聚丙烯微孔发泡材料、回型框和气凝胶毡等,但存在散热性能差、成本高和吸震能力低等问题。因此寻找一种既能够满足模组内部初始预紧力的要求,又能够使电芯在充放电循环过程中的膨胀和受压状态得到一定程度缓解的缓冲材料,对延长电池的使用寿命具有重要意义。
CN111207173A公开了一种用于动力电池包电芯之间的缓冲硅胶片、其制备方法及包含其的动力电池包,所述缓冲硅胶片包括增强层和设置在所述增强层两侧的硅胶层,或者由硅胶层构成;所述硅胶层包括如下重量份数的原料组分:乙烯基聚硅氧烷20~60份、增韧剂2~50份、交联剂0.5~10份、催化剂0.3~1份、发泡剂0.5~5份和阻燃剂20~60份。该发明提供的缓冲硅胶片具有较低的密度,较高的强度和回弹性,可代替结构胶作为动力电池包电芯之间的缓冲材料,吸收电芯的体积膨胀,避免电芯硬接触;可通过双面胶带贴附在电芯表面,避免打胶带来的溢胶问题,节省胶体固化的时间,提高电池包生产效率。
CN106811824A公开了一种改性的酚醛树脂纤维的制备方法,所述方法包括如下步骤:(1)向酚醛树脂的预聚物中加入聚合物,得到聚合物-预聚物溶液;(2)向所述聚合物-预聚物溶液中加入石墨烯类物质,进行热塑性酚醛树脂的聚合反应,得到反应液,纯化后得到改性的酚醛树脂;(3)将步骤(2)得到的改性的酚醛树脂纺丝成酚醛纤维原丝后,固化交联得到改性的酚醛树脂纤维。该发明实现石墨烯的均匀分散解决了单纯加入石墨烯容易团聚,分散性不好的问题,提高了酚醛纤维的强度、韧度和电学性能等。
现有缓冲材料均存在散热性能差、成本高和吸震能力低等问题,因此,如何在保证缓冲材料具有成本低的情况下,还具有散热性能好和拉伸强度大等特点,成为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途,通过基体与增强项配合,基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合,增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯,使电芯缓冲材料具有弹性模量高、热稳定性好、拉伸强度大和强度高等特性,既能够满足电芯组装时的预紧力要求,又能够有效缓解电池膨胀时产生的膨胀力,具有经济性和实用性。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种电芯缓冲材料,所述的电芯缓冲材料包括基体和增强项,所述的基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合,所述增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯。
本发明中,通过利用基体和增强项的配合,基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合,增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯,首先利用基体与基体之间侧链羟基结合的氢键作用;其次,加入增强项之后,增强项上的羟基、羧基和羰基等含氧官能团,与基体上的羟基发生氢键作用;此外,高长径比的增强项还能与基体分子链发生缠绕,作为基体额外的物理交联点,最后制备得到的缓冲材料具有极强的结晶性。通过氢键和缠绕等共同作用,使电芯缓冲材料具有弹性模量高、散热快和拉伸强度大等特点,可以有效改善电芯的循环性能。
作为本发明的一个优选技术方案,所述增强项与基体的质量比为(0.01~0.1):1,例如,质量比为0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、或0.10:1。
优选地,所述的电芯缓冲材料还包括交联剂。
优选地,所述的交联剂包括硼酸、甲醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的一个优选技术方案,所述的基体包括聚乙烯醇。
优选地,所述的增强项包括氧化石墨烯。
优选地,所述电芯缓冲材料的厚度为1.2~2.0mm,例如,厚度为1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm。
本发明利用聚乙烯醇为基体,氧化石墨烯为增强项,通过聚乙烯醇与氧化石墨烯上的羟基、羧基和羰基等含氧官能团也与聚乙烯醇上的羟基发生氢键作用,作为聚乙烯醇额外的物理交联点,使本发明提供的电芯缓冲材料具有弹性模量高、散热快和拉伸强度大等特点,可以有效改善电芯的循环性能。
第二方面,本发明提供了一种如第一方面所述的电芯缓冲材料的制备方法,所述的制备方法包括:
将增强项溶液加入至基体溶液,形成增强项-基体凝胶,干燥后得到所述的电芯缓冲材料。
作为本发明的一个优选技术方案,所述的制备方法具体包括以下步骤:
(Ⅰ)将基体加热溶解得到基体溶液;
(Ⅱ)将增强项配制成增强项溶液,加入步骤(Ⅰ)中所述的基体溶液中,搅拌均匀后进行超声处理,再加入交联剂后进行加热搅拌,加热搅拌后将pH调至7,制备得到增强项-基体凝胶;
(Ⅲ)将增强项-基体凝胶进行干燥至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
作为本发明的一个优选技术方案,步骤(Ⅰ)中,所述混合的方式为搅拌。
优选地,所述基体溶液的质量分数为5~14%,例如,质量分数为5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%或14%。
优选地,所述加热的温度为40℃~85℃,例如,温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、、65℃、75℃、80℃或85℃。
优选地,所述加热的形式为水浴加热。
优选地,所述的基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的一个优选技术方案,步骤(Ⅱ)中,所述增强项溶液的质量浓度为0.2~2.5mg/ml,例如,质量浓度为0.2mg/ml、0.4mg/ml、0.6mg/ml、0.8mg/ml、1.0mg/ml、1.2mg/ml、1.4mg/ml、1.6mg/ml、1.8mg/ml、2.0mg/ml、2.2mg/ml、2.4mg/ml或2.5mg/ml。
优选地,所述增强项与基体的质量比为(0.01~0.1):1,例如,质量比为0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、或0.10:1。
优选地,所述的增强项烯溶液通过恒压滴液漏斗加入基体溶液。
优选地,所述超声处理的时间为20~70min,例如,时间为20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min或70min。
优选地,所述增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯。
作为本发明的一个优选技术方案,步骤(Ⅱ)中,所述交联剂的加入速度为0.01~2ml/min,例如,加入速度为0.01ml/min、0.05ml/min、0.2ml/min、0.4ml/min、0.6ml/min、0.8ml/min、1.0ml/min、1.2ml/min、1.4ml/min、1.6ml/min、1.8ml/min或2.0ml/min。
优选地,所述的交联剂包括硼酸、甲醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的一个优选技术方案,步骤(Ⅱ)中,所述交联剂的质量浓度为1~6%,例如,质量浓度为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%或6.0%。
优选地,所述加热的温度为25~50℃,例如,温度为25.0℃、27.5℃、30.0℃、32.5℃、35.0℃、37.5℃、40.0℃、42.5℃、45.0℃、47.5℃或50.0℃。
优选地,所述加热搅拌的时间为10~48h,例如,时间为10h、12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h或48h。
本发明中,随着交联时间和交联温度的增加,基体分子上羟基反应更加充分,体系交联点增多,聚合物形成了更加完善的交联网络,但是交联时间过长,反应温度太高将引起体系交联过度,此时基体分子链运动受到限制,会导致其力学性能下降。
作为本发明的一个优选技术方案,步骤(Ⅲ)中,将所述增强项-基体凝胶放入模具中进行干燥至恒重。
优选地,所述干燥的温度为35~45℃,例如,温度为35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃。
优选地,所述干燥的形式为真空烘干干燥。
第三方面,本发明提供了一种如第一方面所述的电芯缓冲材料的用途,所述的电芯缓冲材料应用于锂离子电池。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值,还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明中,通过基体和增强项的配合,利用基体与基体之间的氢键作用,基体与增强项之间,羟基、羧基和羰基等含氧官能团的氢键作用,以及缠绕作用产生额外的物理交联点,多重配合作用下,使本发明提供的电芯缓冲材料具有弹性模量高、散热快和拉伸强度大等特点,拉伸强度可达到2.12MPa以上,可以有效改善电芯的循环性能,电芯在45℃恒温箱中,进行循环测试时,电芯最高温度在49.8以下。
附图说明
图1为本发明实施例1、对比例1和对比例2中电芯缓冲材料在三元体系方形铝壳电芯循环过程中恒流恒压充电时的最高温度的对比图;
图2为本发明实施例1与对比例2中电芯缓冲材料的在三元体系方形铝壳电芯循环过程中容量保持率的对比图。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
实施例1
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,所述电芯缓冲材料的厚度为1.5mm,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.05:1。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将8g聚乙烯醇粉末与100ml水搅拌混合,水浴加热85℃,溶解得到质量分数为7.41%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将80ml质量浓度为1.0mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.05:1,搅拌均匀后进行超声处理30min,再以0.05ml/min速度加入质量浓度为5%的戊二醛,其中戊二醛的质量为0.25g,加入后45℃下加热搅拌24h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在40℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
实施例2
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.05:1,所述电芯缓冲材料的厚度为1.5mm。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将8g聚乙烯醇粉末与100ml水搅拌混合,水浴加热40℃,溶解得到质量分数为7.41%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将400ml质量浓度为1.0mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.05:1,搅拌均匀后进行超声处理30min,再以2.0ml/min速度加入质量浓度为2%的硼酸溶液,其中硼酸溶液的质量为8.58g,加入后25℃下加热搅拌12h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在40℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
实施例3
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.075:1,所述电芯缓冲材料的厚度为1.5mm。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将8g聚乙烯醇粉末与100ml水搅拌混合,水浴加热60℃,溶解得到质量分数为7.41%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将200ml质量浓度为3.0mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.075:1,搅拌均匀后进行超声处理60min,再以0.05ml/min速度加入质量浓度为5%的戊二醛,其中戊二醛的质量为0.2g,加入后在45℃下加热搅拌48h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在40℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
实施例4
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.02:1,所述电芯缓冲材料的厚度为1.5mm。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将8g聚乙烯醇粉末与100ml水搅拌混合,水浴加热60℃,溶解得到质量分数为7.41%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将80ml质量浓度为2.0mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.02:1,搅拌均匀后进行超声处理60min,再以2.0ml/min速度加入6ml环氧氯丙烷,加入后在25℃下加热搅拌48h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在40℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
实施例5
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.01:1,所述电芯缓冲材料的厚度为1.2mm。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将5g聚乙烯醇粉末与95ml水搅拌混合,水浴加热40℃,溶解得到质量分数为5.0%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将100ml质量浓度为0.5mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.01:1,搅拌均匀后进行超声处理20min,再以0.01ml/min速度加入质量为0.25g甲醛,加入后在50℃下加热搅拌10h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在35℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
本实施例还提供了一种采用上述制备方法制备得到的电芯缓冲材料,所述电芯缓冲材料的厚度为1.2mm。
实施例6
本实施例提供了一种电芯缓冲材料,增强项为氧化石墨烯,基体为聚乙烯醇,氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.1:1,所述电芯缓冲材料的厚度为2.0mm。
所述电芯缓冲材料采用如下方法进行制备,所述方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将14g聚乙烯醇粉末与86ml水搅拌混合,水浴加热65℃,溶解得到质量分数为14.0%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)将700ml质量浓度为2mg/ml氧化石墨烯溶液,通过恒压滴液漏斗加入步骤(Ⅰ)中所述的聚乙烯醇溶液中,其中氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为0.1:1,搅拌均匀后进行超声处理70min,再以2ml/min速度加入质量为0.25g N,N-亚甲基双丙烯酰胺,加入后在30℃下加热搅拌30h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将氧化石墨烯-聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在45℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
本实施例还提供了一种采用上述制备方法制备得到的电芯缓冲材料,所述电芯缓冲材料的厚度为2.0mm。
实施例7
本实施例提供了一种电芯缓冲材料的制备方法,与实施例1相比,其区别在于,所述的基体为聚氧乙烯,所述的增强项为还原氧化石墨烯,其余操作和参数与实施例1完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种电芯缓冲材料的制备方法,与实施例1相比,其区别在于,所述的基体为聚丙烯酰胺,所述的增强项为还原氧化石墨烯和氧化石墨烯,还原氧化石墨烯和氧化石墨烯的质量比为1:1,其余操作和参数与实施例1完全相同。
实施例9
本实施例提供了一种电芯缓冲材料的制备方法,与实施例1相比,其区别在于,步骤(Ⅱ)中,加热搅拌的时间为6h,其余操作和参数与实施例1完全相同。
实施例10
本实施例提供了一种电芯缓冲材料的制备方法,与实施例1相比,其区别在于,步骤(Ⅱ)中,加热搅拌的时间为56h,其余操作和参数与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种电芯缓冲材料的制备方法,与实施例1相比,其区别在于,不加入氧化石墨烯溶液,所述的制备方法具体包括如下步骤:
(Ⅰ)将8g聚乙烯醇粉末与100ml水搅拌混合,水浴加热85℃,溶解得到质量分数为7.41%聚乙烯醇溶液;
(Ⅱ)进行超声处理30min,再以0.05ml/min速度加入质量浓度为5%的戊二醛,其中戊二醛的质量为0.25g,加入后45℃下加热搅拌24h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到聚乙烯醇水凝胶;
(Ⅲ)将聚乙烯醇水凝胶在放入模具中,在40℃下真空烘干至恒重,得到所述的电芯缓冲材料。
本对比例还提供了一种采用上述制备方法制备得到的电芯缓冲材料,所述电芯缓冲材料的厚度为1.5mm。
对比例2
本对比例提供了一种常规电芯缓冲材料,所述的缓冲材料为气凝胶毡缓冲材料,其外观尺寸参数与实施例1所述的电芯缓冲材料相同。
将上述制备得到的电芯缓冲材料置于三元体系方形铝壳电芯和SUS304不锈钢夹具之间,在45℃恒温箱中,进行循环测试,充放电电压为2.8-4.2V,充放电电流为1C/1C,1C=117Ah,检测电芯正极侧面温度,以循环过程中恒流恒压充电时正极侧面最高温度来表征所述水凝胶缓冲材料的散热性能;采用INSTRON万能试验机测试水凝胶的拉伸强度,温度为20℃,拉伸速率为100mm/min。测试结果如表1、图1和图2所示。
表1
Figure BDA0002851541680000121
Figure BDA0002851541680000131
由上表可以看出:
(1)实施例1与实施例7、8对比,可以看出,实施例1的拉伸强度效果优于实施例7、8,由此可以说明,采用聚乙烯醇和氧化石墨烯的组合,具有更强的氢键作用和缠绕作用,物理交联点多,使电芯缓冲材料具有更好的拉伸强度效果和散热效果。
(2)实施例1与实施例8、9对比,实施例8和实施例9的力学性能参数都不及实施例1,加热搅拌时间即交联时间,随着交联时间和交联温度的增加,聚乙烯醇分子上羟基反应更加充分,体系交联点增多,聚合物形成了更加完善的交联网络,但是交联时间过长,反应温度太高将引起体系交联过度,此时聚乙烯醇分子链运动受到限制,导致其力学性能下降。
(3)实施例1与对比例1相比,实施例1的力学性能明显高于对比例,氧化石墨烯拥有优异的力学特性和非常高的长径比,还含有多种含氧官能团,可以用作增强相,与聚乙烯醇表面的极性基团(如羟基)形成氢键,通过有效应力传递的作用,提高聚乙烯醇基体的力学强度。
(4)实施例1与对比例2相比,图1和图2可以看出,所述的电芯缓冲材料能够在一定的压力范围内发生弹性形变,可随电芯在循环过程中的膨胀发生对应的弹性变形,缓冲电芯的膨胀对壳体产生的刚性应力,可明显降低电芯膨胀对壳体的挤压,提升电芯的循环性能,从而有效降低单个动力电芯在循环过程中的膨胀对模组和电池包的挤压,提高模组的使用可靠性,并有效降低模组的成本,使用实施例1所述缓冲材料的电芯在循环过程中充电温升较低,所述缓冲材料具有优异的散热性能。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (21)

1.一种电芯缓冲材料,其特征在于,所述的电芯缓冲材料包括基体和增强项,所述的基体包括聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合,所述增强项包括还原氧化石墨烯和/或氧化石墨烯;
所述电芯缓冲材料采用以下制备方法,包括:
(Ⅰ)将基体加热溶解得到基体溶液;
(Ⅱ)将增强项配制成增强项溶液,加入步骤(Ⅰ)中所述的基体溶液中,搅拌均匀后进行超声处理,再加入交联剂后在25~50℃进行加热搅拌10~48h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到增强项-基体凝胶;
(Ⅲ)将增强项-基体凝胶进行干燥至恒重,得到所述的电芯缓冲材料;
所述的交联剂包括硼酸、甲醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的电芯缓冲材料,其特征在于,所述增强项与基体的质量比为(0.01~0.1):1。
3.根据权利要求1所述的电芯缓冲材料,其特征在于,所述的基体包括聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的电芯缓冲材料,其特征在于,所述的增强项包括氧化石墨烯。
5.根据权利要求1所述的电芯缓冲材料,其特征在于,所述电芯缓冲材料的厚度为1.2~2.0mm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的电芯缓冲材料的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括:
(Ⅰ)将基体加热溶解得到基体溶液;
(Ⅱ)将增强项配制成增强项溶液,加入步骤(Ⅰ)中所述的基体溶液中,搅拌均匀后进行超声处理,再加入交联剂后在25~50℃进行加热搅拌10~48h,加热搅拌后将pH调至7,制备得到增强项-基体凝胶;
(Ⅲ)将增强项-基体凝胶进行干燥至恒重,得到所述的电芯缓冲材料;
所述的交联剂包括硼酸、甲醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅰ)中,所述加热溶解过程在搅拌下进行。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述基体溶液的质量分数为5~14%。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅰ)中,所述加热的温度为40℃~85℃。
10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述加热的形式为水浴加热。
11.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中,所述增强项溶液的质量浓度为0.2~2.5mg/ml。
12.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述增强项与基体的质量比为(0.01~0.1):1。
13.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述的增强项溶液通过恒压滴液漏斗加入基体溶液。
14.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述超声处理的时间为20~70min。
15.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中,所述交联剂的加入速度为0.01~2ml/min。
16.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述交联剂的质量浓度为1~6%。
17.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中,所述加热的温度为25~50℃。
18.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅲ)中,将所述增强项-基体凝胶放入模具中进行干燥至恒重。
19.根据权利要求18所述的制备方法,其特征在于,所述干燥的温度为35~45℃。
20.根据权利要求18所述的制备方法,其特征在于,所述干燥的形式为真空烘干干燥。
21.一种权利要求1-5任一项所述的电芯缓冲材料的用途,其特征在于,所述的电芯缓冲材料应用于锂离子电池。
CN202011528524.XA 2020-12-22 2020-12-22 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途 Active CN112646300B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011528524.XA CN112646300B (zh) 2020-12-22 2020-12-22 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011528524.XA CN112646300B (zh) 2020-12-22 2020-12-22 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112646300A CN112646300A (zh) 2021-04-13
CN112646300B true CN112646300B (zh) 2023-01-03

Family

ID=75359107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011528524.XA Active CN112646300B (zh) 2020-12-22 2020-12-22 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112646300B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115073960B (zh) * 2022-06-30 2024-10-11 蜂巢能源科技股份有限公司 一种阻燃浆料及其制备方法和应用

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346301A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 上海交通大学 三维结构的石墨烯基金属氧化物复合材料的制备方法及其应用
CN103537236A (zh) * 2013-10-22 2014-01-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯气凝胶的制备方法
CN104592950A (zh) * 2014-12-26 2015-05-06 苏州格瑞丰纳米科技有限公司 高导热石墨烯基聚合物导热膜及其制备方法
CN105086688A (zh) * 2015-08-25 2015-11-25 济宁利特纳米技术有限责任公司 一种氧化石墨烯绝缘散热涂层及制备方法
CN106187264A (zh) * 2016-07-21 2016-12-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种具有电热和散热功能薄膜的制备方法
CN106450446A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于聚合电池的石墨烯微片复合材料及其制备方法
CN107887046A (zh) * 2017-09-29 2018-04-06 南京航空航天大学 一种柔性氧化石墨烯水凝胶中子辐射屏蔽材料及其制备方法
CN109280540A (zh) * 2018-09-20 2019-01-29 赵建平 一种以石墨烯气凝胶为基体的储能材料及其制备方法
CN110562964A (zh) * 2019-07-02 2019-12-13 中国科学院城市环境研究所 一种全碳石墨烯气凝胶及其制备方法
CN110655069A (zh) * 2019-11-05 2020-01-07 上海欣材科技有限公司 一种应用于电子元器件的高导热高绝缘的石墨烯薄膜
CN111333865A (zh) * 2020-03-20 2020-06-26 重庆石墨烯研究院有限公司 一种高强耐磨聚乙烯醇水凝胶的制备方法
CN112029125A (zh) * 2020-09-18 2020-12-04 华侨大学 一种绝缘聚乙烯醇复合导热薄膜及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346301A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 上海交通大学 三维结构的石墨烯基金属氧化物复合材料的制备方法及其应用
CN103537236A (zh) * 2013-10-22 2014-01-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯气凝胶的制备方法
CN104592950A (zh) * 2014-12-26 2015-05-06 苏州格瑞丰纳米科技有限公司 高导热石墨烯基聚合物导热膜及其制备方法
CN105086688A (zh) * 2015-08-25 2015-11-25 济宁利特纳米技术有限责任公司 一种氧化石墨烯绝缘散热涂层及制备方法
CN106187264A (zh) * 2016-07-21 2016-12-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种具有电热和散热功能薄膜的制备方法
CN106450446A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于聚合电池的石墨烯微片复合材料及其制备方法
CN107887046A (zh) * 2017-09-29 2018-04-06 南京航空航天大学 一种柔性氧化石墨烯水凝胶中子辐射屏蔽材料及其制备方法
CN109280540A (zh) * 2018-09-20 2019-01-29 赵建平 一种以石墨烯气凝胶为基体的储能材料及其制备方法
CN110562964A (zh) * 2019-07-02 2019-12-13 中国科学院城市环境研究所 一种全碳石墨烯气凝胶及其制备方法
CN110655069A (zh) * 2019-11-05 2020-01-07 上海欣材科技有限公司 一种应用于电子元器件的高导热高绝缘的石墨烯薄膜
CN111333865A (zh) * 2020-03-20 2020-06-26 重庆石墨烯研究院有限公司 一种高强耐磨聚乙烯醇水凝胶的制备方法
CN112029125A (zh) * 2020-09-18 2020-12-04 华侨大学 一种绝缘聚乙烯醇复合导热薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Actuator materials based on graphene oxide/polyacrylamide composite hydrogels prepared by in situ polymerization;Nana Zhang et al.;《Soft Matter.》;20110730;7231–7239 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112646300A (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110911612B (zh) 一种基于醋酸纤维素的交联复合型锂离子电池隔膜及其制备方法与应用
CN111916819B (zh) 一种锂电池层状聚合物固体电解质的制备方法
CN107546391B (zh) 聚多巴胺及石墨烯复合涂层
CN110690056B (zh) 一种自愈合凝胶导电材料及其制备方法和在超级电容器中的应用
CN112646300B (zh) 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途
JP2023523516A (ja) 断熱パッド及びその製造方法、組電池及び装置
CN113629250A (zh) 一种锂电池负极用聚酰亚胺粘结剂及硅基负极片
CN105047984B (zh) 一种抑制聚硫离子穿梭的高锂离子传导锂硫电池
CN116845346A (zh) 一种原位聚合双交联聚合物电解质及其制备方法和应用
CN111682262B (zh) 一种三维交联网络凝胶聚合物电解质膜及其制备方法和应用
CN112864532A (zh) 长耐久涂覆聚烯烃隔膜制备方法以及应用
CN202996984U (zh) 一种电动车用胶体铅蓄电池
CN116190116B (zh) 一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法
CN110437777B (zh) 一种功能化石墨烯量子点改性凝胶粘结剂的制备方法及其应用
CN115424867B (zh) 柔性超级电容器及其制备方法
CN114284563B (zh) 一种高安全半固态锂离子电池及其制造方法
CN116355124A (zh) 一种电池用耐温型丙烯酸酯乳液粘合剂及其制备方法
JP4070359B2 (ja) 高分子固体電解質の製造法およびリチウム二次電池
CN113174011B (zh) 一种仿蚂蚁巢穴水合离子液凝胶平台及其制备方法和应用
CN115312779A (zh) 一种三维交联水性聚合物粘结剂及其制备方法和应用
CN112787051B (zh) 一种提高电芯残液系数的方法
CN113903988A (zh) 一种固态电解质电芯的制备方法及其制备工具
CN112688005B (zh) 一种电芯缓冲材料、其制备方法和用途
CN111613457B (zh) 一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法
CN108134116A (zh) 一种聚糠基醇修饰燃料电池质子交换膜及其修饰方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant