CN113921822A - 一种柔性自愈合深海固态电池 - Google Patents

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张祥功
周思思
汪阳卿
方逸尘
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Abstract

本发明公开了一种柔性自愈合深海固态电池，正、负极片采用的粘接剂引入自愈合功能的基团。电解质在聚合物基材（如聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等）引入自愈合功能的基团。极片和电解质的自愈合原理是功能基团依靠自身或者外界的刺激形成可逆共价键和可逆非共价键，从而实现自愈合。在铝塑膜的封装下，通过热压成型技术，极片和电解质的内部、接触界面均形成可逆共价键或者可逆非共价键。深海固态电池的极片、电解质及其界面均具有良好的自愈合性能。

Description

一种柔性自愈合深海固态电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种柔性自愈合深海固态电池。
背景技术
不同于常压使用的汽车动力或储能锂离子电池技术，深海电池作为深潜器的动力装置，在下潜、上浮过程中承受巨大的压力变化。深海锂离子电池系统需要直接承受复杂的海洋环境，承受从不同深度至万米极限压力区的滑翔、穿梭、静候以及在某一海深静候时突然启动快速上浮或下潜等多种压力环境变化。
深海电池在上浮、下潜过程中导致电极材料体积膨胀、应力集中等问题将导致电极材料、电解质钝化、开裂、脱落进而使得电池性能衰减。
高压下的深海的电池弯曲变形，会使电极材料的开裂与脱落更加严重， 显著影响储能器件的电化学性能及使用寿命。
电极材料在高压变化下容易产生裂纹、甚至破裂，成为电池失效的主因。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种柔性自愈合深海固态电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性自愈合深海固态电池，由正极片、负极片和电解质通过铝塑膜封装，后采用热压机热压一体成型，所述的正极片和负极片是由电极材料、自愈合粘结剂与导电剂按照一定比例形成浆料分别涂敷在铝箔和铜箔上形成的，采用自愈合粘接剂能够实现极片的自愈合，所述的电解质采用聚合物基电解质，正极片、负极片和电解质内部生成可逆共价键或可逆非共价键，热压成型后，聚合物基电解质与正极片和负极片的接触界面生成可逆共价键或可逆非共价键。
所述的一种柔性自愈合深海固态电池，自愈合粘结剂与电极材料、导电剂按照一定比例形成具有自愈合功能的极片，其中自愈合粘结剂占正极片和负极片总质量的10～15%。
所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其可逆共价键包括多硫键和硼酸酯键。
所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其可逆非共价键为氢键。
所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其热压是由热压机对电池进行热压，在温度为60～80℃，压力为6～10Mpa下热压10～60min。
其中，所述的电池柔性弯折角度为0～30°，最大耐压深度为11000米。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用具有自愈合功能的电极材料组装成自愈合深海电池，正、负极片采用具有自愈合功能的粘接剂，电解质采用具有自愈合功能的聚合物基电解质，自愈合粘结剂和具有自愈合功能的电解质材料依靠自身或者外界的刺激完成自愈合过程，并且能够进行多次自愈合行为，自愈合极片与自愈合聚合物电解质接触界面生成可逆共价键或者可逆非共价键，自愈合聚合物电解质采用化学反应将可逆共价键或者可逆非共价键引入高分子材料（如聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等）赋予基体良好的自愈合性能。这样固态电池的柔性弯折角度为0～30°，最大耐压深度为11000米。
附图说明
图1是本发明固态电池的外部结构图；
图2是本发明固态电池的剖面示意图。
各附图标记为：1—正极片，2—负极片，3—电解质，4—铝箔，5—铜箔，6—铝塑膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
如图1、图2所示，本发明公开的一种柔性自愈合深海固态电池，由正极片1、负极片2和电解质3通过铝塑膜6进行封装后采用热压一体成型，所述的正极片1和负极片2是由电极材料、粘结剂、导电剂按照一定比例形成浆料分别涂敷在铝箔4、铜箔5形成的，所述的电解质3采用自愈合聚合物电解质，自愈合聚合物电解质在与正极片1和负极片2的接触界面生成可逆共价键或可逆非共价键。自愈合极片和自愈合聚合物电解质依靠自身或者外界的刺激完成自愈合过程，并且能够进行多次自愈合行为，自愈合聚合物电解质采用化学反应将可逆共价键或者可逆非共价键引入高分子材料赋予基体良好的自愈合性能。电池柔性弯折角度为0～30°，最大耐压深度为11000米。
所述的可逆共价键包括多硫键、硼酸酯键等。所述的可逆非共价键包括氢键。
本专利申请的正极片1和负极片2使用含有能够形成四重氢键的聚合物粘接剂，粘接剂重量含量占极片总量13%；采用含有包含四重氢键（Upy）的聚氧化乙烯（PEO）基电解质聚合物电解质。利用铝塑膜6进行封装，按照图1进行叠片后热压成型。自愈合粘结剂和自愈合聚合物电解质内部均形成四重氢键，具有自愈合功能，并且正极片1、负极片2和自愈合聚合物电解质的接触界面也形成四重氢键，所以深海固态电池具有良好柔韧性、强力学性能、高愈合效率。
本发明柔性自愈合深海固态电池在正、负极片、电解质材料中可逆共价键或可逆非共价键，当机械破坏、裂纹、损伤等发生时，自愈合材料可以结合材料本征的可逆键合，修复器件在变形过程中产生的结构缺陷，以恢复弯曲变形等结构形变导致的机械性能和电化学性能衰减，因此有望提高深海锂电池的使用寿命和可靠性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种柔性自愈合深海固态电池，由正极片（1）、负极片（2）和电解质（3）通过铝塑膜（6）封装，采用热压机热压一体成型，其特征在于：所述的正极片（1）和负极片（2）分别由电极材料、自愈合粘结剂与导电剂按比例形成浆料分别涂敷在铝箔（4）和铜箔（5）上得到，所述的电解质（3）为聚合物基电解质，聚合物基电解质与正极片（1）和负极片（2）的接触界面生成可逆共价键或可逆非共价键。
2.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其特征在于，所述的自愈合粘结剂占正极片（1）和负极片（2）总质量的10～15%。
3.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其特征在于，所述的可逆共价键包括多硫键和硼酸酯键。
4.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其特征在于，所述的可逆非共价键为氢键。
5.根据权利要求1所述的一种柔性自愈合深海固态电池，其特征在于，所述的热压温度为60～80℃，压力为6～10Mpa，热压时间10～60min。
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