一种可自行调控工作温度的电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种可自行调控工作温度的电池，包括：干电芯，其实现存储与释放电流；铝塑膜层，其设置在所述干电芯的外周；以及涂覆在所述铝塑膜层上的相变材料微胶囊层。本发明通过相变材料微胶囊层吸收与释放所述电芯的热能实现自行调控电池的工作温度。本发明还公开了一种可自行调控工作温度的电池的制备方法。
【专利说明】一种可自行调控工作温度的电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池生产【技术领域】，尤其涉及一种可自行调控工作温度的电池及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 电池在越来越多领域受到广泛应用，其中，锂电池是新一代储能电源，锂离子电池 因其比能量高、循环寿命长、自放电率低、工作温度范围宽、低温效应好等优点是EV目前首 选的动力蓄电池。
[0003] 电池在充放电过程中都会发生一系列的化学反应，从而产生反应热。锂离子动力 电池的主要产热反应包括：电解液分解、正极分解、负极与电解液的反应、负极与粘合剂的 反应和固体电解质界面膜的分解。此外，由于电池内阻的存在，电流通过时，会产生部分热 量。这些放热反应是导致电池不安全的因素。电解液的热安全性也直接影响着整个锂离子 电池动力体系的安全性能。实际运行环境中，动力系统需要锂离子电池具备大容量与大倍 率放电等特点，但同时产生的高温增加了运行危险。所以，降低锂离子电池工作温度，提升 电池性能至关重要。
[0004] 目前，主要采用的控温方式有：空气强制对流冷却、液体冷却、空调制冷、相变材料 冷却等冷却方式。相变材料冷却由于其成本低廉、质量轻、无额外能量消耗、冷却效果好，是 未来电池热管理的重要研究方向。基于采用相变材料发明的《锂电池恒温运行的方法与装 置》（申请号：201110049712.9)将锂电池放入该装置后与相变储能材料接触，预加热相变 储能材料，可依靠相变储能材料的固液相变化时的潜热来维持锂电池的最佳工作温度，减 少外界环境温度对锂电池的影响，延长锂电池的使用寿命。此种装置可在一定程度上控制 整体电池的工作温度，由于在使用过程中，此种装置难以维持每一块电芯的温度均匀性，因 此对电池循环寿命造成的影响是不可逆转的。
【发明内容】
[0005] 本发明克服了现有技术中难以维持温度均匀性等缺陷，提出了一种可自行调控工 作温度的电池及其制备方法。
[0006] 本发明提出了一种可自行调控工作温度的电池，包括：干电芯、铝塑膜层、以及涂 覆在铝塑膜层上的相变材料微胶囊层。
[0007] 干电芯，其实现存储与释放电流。其中，干电芯可以包括叠片式电芯、卷绕式电芯、 或其他适宜的干电芯。其中，干电芯包括方型干电芯，或其他适宜的干电芯。
[0008] 铝塑膜层，其设置在干电芯的外周。所述铝塑膜层亦称外包层，即为电池的外包材 料层。铝塑膜层为目前普遍采用的锂电芯外包材料，起封装干电芯的作用，隔绝电芯内部与 外界环境的空气与水分，不具有自动调控温度的功能。铝塑膜层为多层复合结构，包括尼 龙层，AL层，PP层。例如，铝塑膜层由外向内依次为尼龙层、AL层（铝层），PP层（聚丙烯 层）。
[0009] 相变材料微胶囊层，其涂覆在铝塑膜层的外侧上。优选地，相变材料微胶囊层涂覆 在铝塑膜层的尼龙层的外侧上。进一步地，所述相变材料微胶囊层包括相变材料微胶囊胶 体。本发明可自行调控工作温度的电池，正是通过所述相变材料微胶囊层吸收与释放电芯 的热能，例如，相变材料微胶囊层通过一定处理方式附着在电池的外包材料层铝塑膜层上， 从而实现自行调控电池的工作温度，达到自动控温目的。
[0010] 本发明还提出了一种可自行调控工作温度的电池的制备方法，包括：
[0011] 步骤一：将相变材料进行胶囊化处理，获取相变材料微胶囊；
[0012] 步骤二：将相变材料微胶囊与粘结剂及溶剂混合，制成相变材料微胶囊胶体；
[0013] 步骤三：通过唢涂或辊压的方法将相变材料微胶囊胶体涂覆在铝塑膜层上，形成 相变材料微胶囊层；
[0014] 步骤四：将涂覆了相变材料微胶囊层的所述铝塑膜层与干电芯组装并进行后续处 理，制成可自行调控工作温度的电池。
[0015] 其中，步骤一中胶囊化处理的过程包括：（1)乳化过程：将石蜡材料热熔后，与一 定质量的乳化剂，加入到一定体积的水中进行乳化；（2)三聚氰胺-甲醛预聚体溶液制备： 将一定质量三聚氰胺和一定体积甲醛加入到反应器中，调节PH，反应至溶液透明；（3)胶囊 乳液的制备：将三聚氰胺-甲醛预聚体溶液滴加到石蜡乳液中反应，制得胶囊乳液；(4)减 压抽滤，分别用热乙醇和去离子水洗涤，干燥，制得相变材料微胶囊。
[0016] 其中，相变材料微胶囊的结构包括芯材和壁材。其中，芯材主要选用石蜡系相变 材料，例如：正十九烷烃、正二十烷烃、正二十二烷烃等中的一种，也可以是两种或多种不同 相变温度的石蜡系相变材料的混合物；壁材采用水溶性壁材，例如，脲醛树脂、密胺树脂、 脲-三聚氰胺-甲醛共聚物等。例如，相变材料微胶囊包括：囊内为正二十烷烃，壳体材料 为三聚氰胺-甲醛聚体。相变材料微胶囊胶体包括相变材料微胶囊、粘结剂。相变材料微 胶囊胶体中，相变材料微胶囊成分为70% -95%，粘结剂成分占5% -30%，粘结剂为聚偏氟 乙烯。相变材料微胶囊胶体还包括溶剂，溶剂为NMP，溶剂的用量为粘结剂用量的1-1. 3倍。
[0017] 其中，步骤三中，相变材料微胶囊胶体的涂覆量如下公式表示：
[0018]
【权利要求】
1. 一种可自行调控工作温度的电池，其特征在于，包括： 干电芯，其实现存储与释放电流； 铝塑膜层，其设置在所述干电芯的外周； 相变材料微胶囊层，其涂覆在所述铝塑膜层上，吸收与释放所述干电芯的热能实现自 行调控所述电池的工作温度。
2. 如权利要求1所述的可自行调控工作温度的电池，其特征在于，所述干电芯包括叠 片式电芯、卷绕式电芯。
3. 如权利要求1所述的可自行调控工作温度的电池，其特征在于，所述干电芯包括方 型干电芯。
4. 如权利要求1所述的可自行调控工作温度的电池，其特征在于，所述铝塑膜层包括 尼龙层、铝层、聚丙烯层。
5. 如权利要求1所述的可自行调控工作温度的电池，其特征在于，所述相变材料微胶 囊层包括相变材料微胶囊胶体。
6. 如权利要求5所述的可自行调控工作温度的电池，其特征在于，所述相变材料微胶 囊胶体中，相变材料微胶囊成分为70% -95%，粘结剂成分为5% -30%。
7. -种可自行调控工作温度的电池的制备方法，其特征在于，包括： 步骤一：将相变材料进行胶囊化处理，形成相变材料微胶囊； 步骤二：将所述相变材料微胶囊与粘结剂及溶剂混合，制成相变材料微胶囊胶体； 步骤三：通过喷涂或辊压的方法将所述相变材料微胶囊胶体涂覆在所述铝塑膜层上， 形成相变材料微胶囊层； 步骤四：将涂覆了相变材料微胶囊层的所述铝塑膜层与所述干电芯组装并进行后续处 理，制成所述可自行调控工作温度的电池。
8. 如权利要求7所述的可自行调控工作温度的电池的制备方法，其特征在于，所述步 骤三中，所述相变材料微胶囊胶体的涂覆量如下公式表示：
式中，Qdis表示所述电芯放出的热量，单位为J ;Μρμ表示所述相变材料的质量，单位为 kg ;CP表示所述相变材料的比热容，单位为J · 1? 1 · Γ1 ;Tm、?\分别表示所述相变材料的相 变温度以及初始温度，单位为1： ;H表示所述相变材料的相变潜热，单位为J/kg。
9. 如权利要求6所述的可自行调控工作温度的电池的制备方法，其特征在于，所述步 骤三中，所述相变材料微胶囊层的涂布区域与所述干电芯的外表面相吻合。
【文档编号】H01M10/617GK104124491SQ201310150299
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】李艳, 和祥运, 于洪涛, 陈中军, 陈沥强, 邓亚明 申请人:上海卡耐新能源有限公司