本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種具備控溫性能的鋰離子電池正極及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于其高能量密度、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動工具、電動汽車等領(lǐng)域。然而，鋰離子電池的性能和安全性在很大程度上受到溫度的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，鋰離子電池經(jīng)常面臨低溫或高溫環(huán)境的挑戰(zhàn)，這不僅影響電池的放電性能，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。

2、在低溫條件下，如零下15℃以下，常規(guī)鋰離子電池的放電容量會顯著下降。這是因?yàn)榈蜏貢?dǎo)致電池內(nèi)部電解液黏度增大，離子遷移率下降，電荷傳輸受阻，從而限制了電池的放電能力。這種低溫性能衰減嚴(yán)重制約了鋰離子電池在寒冷環(huán)境下的應(yīng)用，如在冬季或高海拔地區(qū)使用電動汽車時(shí)，電池的續(xù)航里程會大幅縮水。

3、此外，在高溫環(huán)境中，如60℃以上，鋰離子電池面臨著熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。高溫會加速電池內(nèi)部的副反應(yīng)，如電解液分解、活性材料分解等，導(dǎo)致氣體釋放和熱量積累。同時(shí)，高溫還會引起正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)變化和性能退化，加劇內(nèi)阻增大和容量衰減。更嚴(yán)重的是，當(dāng)電池溫度超過某一臨界點(diǎn)時(shí)，放熱反應(yīng)可能失控，引發(fā)熱失控事故，導(dǎo)致電池膨脹、冒煙、起火甚至爆炸。這不僅危及設(shè)備和用戶的安全，還給鋰離子電池的應(yīng)用帶來了極大的限制和隱患。

4、因此，本發(fā)明開發(fā)了一種具備控溫性能的鋰離子電池正極，不僅能提高電池在極端溫度條件下的性能和安全性，還能擴(kuò)展其在復(fù)雜和嚴(yán)苛環(huán)境下的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于：針對現(xiàn)有鋰離子電池?zé)o法滿足在高低溫條件下使用的不足，而提供了一種具備控溫性能的鋰離子電池正極及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種具備控溫性能的鋰離子電池正極，包括復(fù)合集流體以及涂覆在所述復(fù)合集流體至少一表面的正極活性材料涂層；所述復(fù)合集流體包括第一鋁箔層、第二鋁箔層以及設(shè)置在所述第一鋁箔層與所述第二鋁箔層之間的第一控溫材料層和第二控溫材料層；

4、所述第一鋁箔層表面并排設(shè)置有第一凹槽和第二凹槽，所述第二鋁箔層表面并排設(shè)置有第三凹槽和第四凹槽，且所述第一凹槽與所述第三凹槽對應(yīng)設(shè)置，所述第二凹槽與所述第四凹槽對應(yīng)設(shè)置；所述第一凹槽和所述第二凹槽分別由所述第一鋁箔層表面的中心向所述第一鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；所述第三凹槽和所述第四凹槽分別由所述第二鋁箔層表面的中心向所述第二鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；

5、所述第一凹槽和所述第三凹槽之間嵌設(shè)有第一控溫材料層，所述第一控溫材料層的相變溫度為-12℃～-15℃；所述第二凹槽和所述第四凹槽之間嵌設(shè)有第二控溫材料層，所述第二控溫材料層的相變溫度為57℃～62℃；

6、所述第一凹槽的深度為h1，所述第二凹槽的深度為h2，所述第三凹槽的深度為h3，所述第四凹槽的深度為h4，所述第一控溫材料層的厚度為h1，所述第二控溫材料層的厚度為h2，所述第一鋁箔層和所述第二鋁箔層的厚度均為h；其中，h1、h2、h3、h4、h1、h2和h滿足關(guān)系：h1＝h1+h3，h2＝h2+h4；0.2h≤h1≤0.5h；0.2h≤h2≤0.5h。

7、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層的正向投影面積為s1，所述第二控溫材料層的正向投影面積為s2，所述第一鋁箔層和所述第二鋁箔層的正向投影面積分別為s；其中，s1、s2和s滿足關(guān)系：0.6s≤s1+s2≤s。

8、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層包括以下重量份數(shù)比的組成：正十三烷40-50份，正十二烷25-35份，2-甲基戊烷10-15份，聚乙烯醇3-5份，石墨烯2-4份，納米氧化鋁1-2份，二氧化硅氣凝膠0.5-1份。

9、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層的制備方法如下：

10、(1)將正十三烷、正十二烷和2-甲基戊烷按配比混合，在室溫下攪拌均勻；

11、(2)將聚乙烯醇溶解在去離子水中，加熱至60℃攪拌至完全溶解；

12、(3)將步驟(2)的溶液緩慢加入步驟(1)的混合物中，使用高速剪切機(jī)均勻分散30分鐘；

13、(4)將石墨烯分散在少量乙醇中，超聲處理20分鐘；

14、(5)將步驟(4)的懸浮液、納米氧化鋁和二氧化硅氣凝膠依次加入步驟(3)的混合物中，繼續(xù)高速剪切15分鐘，得到第一控溫材料層漿料；

15、(6)將第一控溫材料層漿料噴涂于第一凹槽，干燥，即得到所需形狀和厚度的第一控溫材料層。

16、優(yōu)選的，所述第二控溫材料層包括以下重量份數(shù)比的組成：十八酸甘油酯45-55份，棕櫚酸20-25份，聚乙二醇4000?10-15份，碳納米管3-5份，氮化硼納米片2-3份，膨脹石墨1-2份，納米氧化鎂0.5-1份。

17、優(yōu)選的，所述第二控溫材料層的制備方法如下：

18、(1)將十八酸甘油酯和棕櫚酸按配比混合，在85-95℃油浴中加熱熔融，攪拌均勻；

19、(2)將聚乙二醇4000加入步驟(1)的熔融混合物中，繼續(xù)攪拌至完全溶解；

20、(3)將碳納米管和氮化硼納米片分散在n-甲基吡咯烷酮中，超聲處理30分鐘；

21、(4)將步驟(3)的懸浮液緩慢加入步驟(2)的熔融混合物中，高速攪拌45分鐘；

22、(5)加入膨脹石墨和納米氧化鎂，繼續(xù)高速攪拌20分鐘，得到第二控溫材料層漿料；

23、(6)將第二控溫材料層漿料噴涂于第二凹槽，干燥，即得到所需形狀和厚度的第二控溫材料層。

24、優(yōu)選的，所述第一鋁箔層的表面還設(shè)置有第五凹槽，所述第五凹槽并排嵌設(shè)于所述第一凹槽和所述第二凹槽之間；且所述第五凹槽由所述第一鋁箔層表面的中心向所述第一鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；

25、所述第二鋁箔層的表面還設(shè)置有第六凹槽，所述第六凹槽并排嵌設(shè)于所述第三凹槽和所述第四凹槽之間；且所述第六凹槽由所述第二鋁箔層表面的中心向所述第二鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；

26、所述第五凹槽和所述第六凹槽之間嵌設(shè)有改性導(dǎo)熱硅膠，所述改性導(dǎo)熱硅膠的孔隙率為65％～85％；所述第一鋁箔層和所述第二鋁箔層之間通過改性導(dǎo)熱硅膠粘合連接。

27、優(yōu)選的，所述第一鋁箔層的表面還設(shè)置有第五凹槽，所述第五凹槽并排嵌設(shè)于所述第一凹槽和所述第二凹槽之間；且所述第五凹槽由所述第一鋁箔層表面的中心向所述第一鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；

28、所述第二鋁箔層的表面還設(shè)置有第六凹槽，所述第六凹槽并排嵌設(shè)于所述第三凹槽和所述第四凹槽之間；且所述第六凹槽由所述第二鋁箔層表面的中心向所述第二鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；

29、所述第五凹槽和所述第六凹槽之間嵌設(shè)有泡沫鋁，所述泡沫鋁的密度為0.2～0.5g/cm3，泡沫鋁的孔隙率為75％～90％。

30、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層和/或所述第二控溫材料層內(nèi)埋設(shè)有溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測正極的溫度。

31、此外，本發(fā)明還提供一種上述的具備控溫性能的鋰離子電池正極的制備方法，包括以下步驟：

32、1)在第一鋁箔層的表面通過激光蝕刻的方式設(shè)置第一凹槽和第二凹槽，在第二鋁箔層的表面通過激光蝕刻的方式設(shè)置第三凹槽和第四凹槽；

33、2)分別制作第一控溫材料層漿料和第二控溫材料層漿料；

34、3)分別將第一控溫材料層漿料噴涂于第一凹槽和第三凹槽，分別將第二控溫材料層漿料噴涂于第二凹槽和第四凹槽；

35、4)將第一鋁箔層和第二鋁箔層熱壓合，烘干，得到復(fù)合集流體；

36、5)將正極活性材料涂層漿料涂覆在所述復(fù)合集流體至少一表面上，烘干，即得到所述的鋰離子電池正極。

37、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

38、1)本發(fā)明通過在第一鋁箔層和第二鋁箔層之間分別設(shè)置第一控溫材料層和第二控溫材料層，使正極具備良好的控溫效果，有效解決了鋰離子電池在極端溫度下的性能問題，大大擴(kuò)展了電池的使用溫度范圍。其中，第一控溫材料層的相變溫度為-12℃～-15℃，第二控溫材料層的相變溫度為57℃～62℃，該控溫材料層的設(shè)計(jì)能夠在特定溫度范圍內(nèi)吸收或釋放熱量，使鋰離子電池能夠在-15℃到62℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

39、2)本發(fā)明通過在第一鋁箔層表面并排設(shè)置第一凹槽和第二凹槽，在第二鋁箔層表面并排設(shè)置第三凹槽和第四凹槽；第一凹槽和第二凹槽分別由第一鋁箔層表面的中心向第一鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；第三凹槽和第四凹槽分別由第二鋁箔層表面的中心向第二鋁箔層表面的邊緣呈回形彎折延伸；第一控溫材料層嵌設(shè)在第一凹槽和第三凹槽之間，第二控溫材料層嵌設(shè)在第二凹槽和第四凹槽之間；通過該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使第一控溫材料層和第二控溫材料層嵌設(shè)在第一鋁箔層和第二鋁箔層內(nèi)部，不會額外增加復(fù)合集流體的厚度，從而可以保證不損失電池的能量密度的情況下有效提高電池的耐高低溫性能，而且第一控溫材料層和第二控溫材料層的回形彎折相嵌設(shè)計(jì)，不僅可以保證均勻控溫，而且增大了接觸面積，提高了溫度調(diào)節(jié)效率。

40、3)本發(fā)明通過精確控制第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第一控溫材料層、第二控溫材料層、第一鋁箔層和第二鋁箔層的尺寸比例關(guān)系，使其滿足關(guān)系：h1＝h1+h3，h2＝h2+h4；0.2h≤h1≤0.5h；0.2h≤h2≤0.5h，保證了正極的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和控溫性能的有效發(fā)揮。若凹槽的深度過小，則難以承載控溫材料層，若凹槽的深度過大，則會影響鋁箔層的強(qiáng)度，易發(fā)生斷裂；因此該尺寸比例組合設(shè)計(jì)使得控溫材料層既不影響復(fù)合集流體的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又能充分發(fā)揮其控溫功能。