一种具备温度调节功能的锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种具备温度调节功能的锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池因为具有能量密度高、循环寿命长、机械性能较优和环境友好等特点， 被广泛的应用到各种消费电子产品、各种电动汽车以及风能太阳能等储能设备上。对锂离 子电池而言，不论是单体电池还是将单体电池组装成电池组，在使用过程中都会存在由于 温度过高或温度过低而引发的各种问题。原因是锂离子电池是一种对温度极为敏感的电 池，正常情况下，锂离子电池放电时温度范围在-20~+60°C;充电时温度范围在0~+45°C。 在低温下对锂离子电池充电，容易造成锂枝晶的产生，导致电池内短路的发生，从而诱发安 全问题；而在高温下对锂离子电池进行充放电，容易诱发电池内副反应，导致电池容量衰 减、内阻增加、循环寿命下降等不良现象的发生。
[0003] 在现有技术中，一般通过在电池的电解液中加入保护添加剂，以改善电池低温和 高温下的性能。但由于受添加剂的化学特性限制，在提升电池高温性能时会降低电池的低 温性能，在提升电池低温性能时会破坏电池的高温性能，无法使电池的工作温度窗口得到 有效拓展。
[0004] 近年来，相变储能材料的迅速发展则为改善电池高低温性能提供了一个新思路， 相变材料是一种随着温度变化而改变物理性质并实现对热的吸收或者释放的材料。利用相 变材料在不同温度环境下发生的相变反应，对电池进行热量补充或者对电池进行热量汲 取，从而达到在低温下对电池表面升温，在高温下对电池表面降温的效果。
[0005] 如专利申请号为201110242038.6的中国专利，公开了一种具有相变材料(PCM)的 电池组，设置在电池单元之间的隔离片包含有相变材料，但由于该相变材料是设置于电池 外部，其温控效果相比于设置在电池内部差;且其选择的是固液相变材料，而固液相变时易 泄露和腐蚀，故固液相变材料不能添加到单体电池内部，否则容易产生安全问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于:针对现有技术的不足而提供一种具备温度调节功能的锂离子 电池，通过在锂离子电池的内部或者外部加入固固相变材料，在不影响电池自身性能的前 提下，使锂离子电池的高低温性能得到有效改善。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供以下解决方案：
[0008] -种具备温度调节功能的锂离子电池，包括正极、负极、以及间隔在所述正极与所 述负极之间的隔膜卷绕而成的电芯，及其电解液，还包括固固相变材料，所述固固相变材料 添加在所述正极、所述负极、所述隔膜、所述电解液的至少一处。
[0009] 一般相变材料分为固固相变材料、固液相变材料和固气相变材料。本发明利用相 变材料本身特性，当电池温度达到相变材料的相转变温度时，相变材料会发生相转变过程 而进行吸热或者放热。即，当电池内部温度低于相变温度时，相变材料放热；当电池内部温 度高于相变温度时，相变材料吸热。而且本发明选取的相变材料均为固固相变材料，与固液 相变材料或者固气相变材料相比，固固相变材料发生的是固固相的转变，相变过程中无液 体或气体产生或吸收，不会对电池性能带来任何的破坏，也不会诱发电池内部的副反应，在 保证电池使用安全可靠性的前提下，拓展了电池的工作温度范围。
[0010]其中，所述正极包括正极集流体及其正极膜片，所述负极包括负极集流体及其负 极膜片。在电池制作过程中，可以将固固相变材料涂覆在正负极集流体和正负极膜片之间， 也可以直接添加在正负极膜片的原材料中。当正负极表面温度低于相变温度时，固固相变 材料对正负极放热，提高正负极表面温度；当正负极表面温度高于相变温度时，固固相变材 料向正负极吸热，降低正负极表面温度。
[0011] -般电池隔膜为高分子化合物，因此，添加在电池隔膜的固固相变材料应与其具 有较好的相容性，比如可以选取交联高密度聚乙烯。高温下的相转变过程吸收电池内部产 生的热量，赋予隔膜优异的热缓冲性能，避免电池内部温度骤升引起的隔膜熔断与电池损 坏，大大提高了电池的安全性、延长了电池的使用寿命。
[0012] 锂离子电池所用的电解液一般为有机液体，如同油脂，会在低温下变粘稠甚至凝 结。此时，导电的锂盐在里面的活动大大受到限制，导致充电效率很低，从而出现电池在低 温下充电慢，充不满的现象。而在电解液中添加固固相变材料后，可避免这种现象的发生。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述固固相变材料贴覆于所述电芯的外表面。相比于 添加在电池的内部，把固固相变材料贴覆在电芯的外表面不仅操作简便，且同样能对电池 的表面温度进行有效调控。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述固固相变材料的相转变温度范围为-40°C~150 °C。优选的，所述固固相变材料的相转变温度范围为_20°C~85°C。由于锂离子电池一般在0 °C~60°C温度范围内正常工作，超过这个温度范围锂离子电池的充放电性能会受到影响。 如果温度下降，电池正负极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池 的输出功率也会下降；如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升。如果温度太高，比如 达到150°C，会破坏电池的热封装特性，导致电池热失控;一般情况下，当温度超过60°C，则 会破坏电池内的化学平衡，导致副反应的发生。如果温度太低，比如低于-40°C，与电池匹配 的保护元器件灵敏度降低，将失去对电池的保护功能;一般情况下，当温度低于-20°C，由于 电解液粘度增加且电池材料活跃度降低，导致电池的放电效率会有显著的降低。因此，将电 池温度控制在-40°C~150°C温度范围或者更窄的温度范围很重要。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述固固相变材料包括有机固固相变材料、无机固固 相变材料、复合固固相变材料的至少一种。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述有机固固相变材料为交联高密度聚乙烯(HDPE)、 交联聚甲醛(Ρ0Μ)、季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、二羟甲基乙烷(PG)、2-氨基-2-甲基-1， 3_丙二醇(AMP)、以及三羟甲基氨基甲烷(ΤΑΜ)中的至少一种。
[0017] 作为本发明的进一步改进，所述无机固固相变材料为NH4SCN、Li2S〇4、KHF2、Al-Si、 Cu_Si中的至少一种。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述复合固固相变材料为(n-CJluMfe)2MX:，其中:X为 氯，11为碳原子数(11 = 8~18)，]/[为111、(：11、？6、0(1、附、211、(：0中的任一种。复合相变材料是有机 和无机的复合材料，它既能有效克服单一的无机或有机相变材料存在的缺点，又可以改善 相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。
[0019] 本发明的有益效果:通过在锂离子电池的内部或者外部加入固固相变材料，当电 池处于低温状态下，固固相变材料放热，对电池进行热量补充，使电池工作温度上升；当电 池处于高温状态下，固固相变材料吸热，对电池进行热量吸取，使电池工作温度下降。在不 影响电池自身性能的前提下，使锂离子电池的高低温性能得到有效改善。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明 的【具体实施方式】并不局限于此。
[0021 ] 实施例1
[0022]正极的制备：将钴酸锂(正极活性物质）、导电剂超导碳(Super-P)、粘接剂聚偏氟 乙烯(PVDF)、固固相变材料Al-Si按质量比94:2.5:2.0:1.5混合均匀制成具有一定粘度的 锂离子电池正极浆料，将浆料涂布在集流体铝箱上，在80°C下烘干后进行冷压;然后进行切 边、裁片、分条，分条后在真空条件下80°C烘干5小时，焊接极耳，制成锂离子电池正极。 [0023]负极的制备:将石墨与导电剂超导碳(Super-P)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘 接剂丁苯橡胶(SBR)、固固相变材料Cu-Si按质量比95:1.5:1.5:1.0:1.0制成浆料，涂布在 集流体铜箱上并在80°C下烘干;进行切边、裁片、分条，分条后在真空条件下110°C烘干5小 时，焊接极耳，制成锂离子电池负极。