CN101286571A - 储电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储电系统，其包括第一电极、第二电极、隔离膜以及电解液。所述第一电极与第二电极分别与电解液相接触，隔离膜设置于第一电极与第二电极之间用以防止第一电极与第二电极短接。所述隔离膜包括琼脂与纤维材料，所述琼脂分散于纤维材料中。本发明储电系统的隔离膜与电解液具有良好的浸润关系，有助于提高电解液中离子的传导，从而减小储电系统的内阻。而且隔离膜与第一、第二电极形成良好的接触，从而提升储电系统电极的集电效果。本发明的储电系统可用作消费性电子产品的电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种储电系统，特别涉及为电子产品提供电力的储电系统。
背景技术
随着电子通信产业的蓬勃发展，手机、笔记本电脑、数码相机、个人数字助理等消费性电子产品逐渐成为人们日常生活的必备品。由于电子市场竞争日渐剧烈，为了能在市场上赢得一席之位，各大厂商对自己的产品不断的推陈出新，目前，各类电子产品大多朝着小型化、集成化、多功能化方向发展，而伴随着电子产品的多功能化的发展，电子产品的耗电量必将急剧上升，这样，势必会对电子产品的储电系统如电池提出更高的要求。
常见的储电系统如电池通常包括正极、负极、电解液、隔离膜等元件。隔离膜通常设置在正极与负极之间，用来将正负极隔开，避免正负极短接。在电池的充放电过程中，电解液中的离子在正极与负极之间迁移，隔离膜起到离子通道的作用。因此，对于储电系统来说，隔离膜与电解液之间的浸润程度，对于电解液中离子的迁移具有很大的影响，从而影响到储电系统的内阻。
因此，有必要提供一种隔离膜与电解液具有良好浸润性的储电系统。
发明内容
以下，将以实施例说明一种隔离膜与电解液具有良好浸润性的储电系统。
一种储电系统，其包括第一电极、第二电极、隔离膜以及电解液。所述第一电极与第二电极分别与电解液相接触，隔离膜设置于第一电极与第二电极之间用以防止第一电极与第二电极短接。所述隔离膜包括琼脂与纤维材料，所述琼脂分散于纤维材料中。
所述储电系统具有以下优点：首先，组成储电系统的隔离膜的材料中包括有琼脂，而琼脂具有良好的吸液性，这样电解液可分散到隔离膜中与琼脂形成凝胶化物质，这种凝胶化物质一方面可与电解液形成良好的浸润关系，有助于储电系统工作过程电解液中离子的传导，从而提高隔离膜的离子穿透性，减小了储电系统的内阻。另一方面，这种凝胶化物质可使隔离膜与第一电极、第二电极形成良好的接触，从而提升第一电极与第二电极的集电效果。
附图说明
图1为本技术方案实施例的锂离子电池结构示意图。
图2为制作上述锂离子电池隔离膜中，用于复合琼脂浆料与织状纤维物的装置示意图。
图3为制作上述锂离子电池隔离膜中，用于挤压织状纤维物得到隔离膜的装置示意图。
图4为本技术方案实施例的锂离子电池工作过程中，隔离膜结构状态示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本技术方案的储电系统进行具体说明。
如图1所示，本技术方案实施例提供一种储电系统10，其包括第一电极11、第二电极13、隔离膜12以及电解液14。所述第一电极11与第二电极13分别与电解液14相接触，隔离膜12设置于第一电极11与第二电极13之间用于防止第一电极11与第二电极13短接。
隔离膜12与第一电极11、第二电极12的位置关系分为以下两种情况：第一种情况即图1所示的结构，隔离膜12可直接与第一电极11或/和第二电极13相结合，具体地，隔离膜12可通过导电胶粘性材料与第一电极11或/和第二电极13连接在一起，从而将第一电极11与第二电极13隔开。第二种情况，隔离膜12与第一电极11、第二电极13之间可以间隔一定距离将第一电极11与第二电极13隔开。
所述第一电极11与第二电极13的材料可以相同，也可以不同。当第一电极11与第二电极13所用材料相同时，储电系统10相当于一个电容器，此时，第一电极11与第二电极13所用材料可以为碳材、金属氧化物或者导电聚合物等。当第一电极11与第二电极13所用材料不同时，储电系统10相当于一个电池。以锂离子电池为例，第一电极11作为正极时，其材料可以为锂钴、锂锰、锂镍等过渡金属氧化物；第二电极13作为负极时，其材料通常采用碳材。
所述隔离膜12包括琼脂与纤维材料，所述琼脂分散于纤维材料中。该纤维材料可以为织状纤维物，也可以为非织状纤维物。织状纤维物包括纱布、无纺布、棉布、玻璃纤维膜等天然织状纤维或人造织状纤维。非织状纤维物包括纸浆、木浆等。
上述琼脂分散于纤维材料中是指，当纤维材料为织状纤维物时，琼脂分散在组成纤维材料的每根纤维表面以及分散在纤维与纤维所形成的空隙中；当纤维材料为非织状纤维物时，琼脂与非织状纤维物(如纸浆或木浆)相互均匀的复合在一起。
上述电解液14通常包括溶剂和溶质，当然也可以加入合适的添加剂。以锂离子电池为例，所述溶质通常为锂盐，溶剂可以为无水有机溶剂如醚、环醚、聚醚、酯、砜、碳酸烷烯酯、有机硫酸酯、硼酸酯、硝基化合物等。
电解液14中加入添加剂通常为了改善电池的某些性能，如提高电导率、防止电解液分解、提高电池安全性、电池过充电保护等。例如，锂离子电池的电解液中，加入有机磷、硅烷、硼酸酯等阻燃性材料，确保电池过热或过充电状态下不引起电解液燃烧或爆炸；加入二氧化碳、二氧化硫、碳酸酯等还原性物质，使其与电池负极反应钝化负极，防止电解液进一步与电极反应而分解；加入硼、氮、磷、硫的氧化物或其有机化合物等，以减少锂离子损失或降低锂离子电池内阻。
优选地，本实施例中的储电系统10为一锂离子电池，第一电极11为正极，第二电极13为负极。所述第一电极11的材料为锂钴氧化物，第二电极13的材料为碳材，电解液14包括溶质高氯酸锂(LiClO4)及溶剂碳酸乙烯酯，隔离膜12是由琼脂与纤维材料所制备而成。
上述锂离子电池10的制作方法包括以下步骤：首先，提供锂钴氧化物材质的第一电极11、碳材质的第二电极13以及高氯酸锂与碳酸乙烯酯所形成的电解液14。
其次，制备隔离膜12。隔离膜12的制备方法包括以下步骤：将琼脂与水混合形成琼脂浆料；将纤维材料浸入琼脂浆料中；成型纤维材料与琼脂浆料的复合物得到隔膜材料。
下面选用织状纤维物与琼脂作为原料来制备一种隔膜材料作为隔离膜12。
第一步：制备琼脂浆料。具体来说，将一定质量的琼脂与纯水混合形成琼脂水分散体系，该分散体系中，琼脂的质量百分比为1％-2％。然后将上述琼脂水分散体系在常温下浸泡8-10小时，此过程中，琼脂吸水、变软、膨胀变大为半透明状。最后，将上述浸泡好的琼脂水分散体系在大约80～95℃的温度下进行水浴加热，并不断搅拌以加速溶解，如此操作大约2-3小时，待琼脂基本完全溶解于水中，从而得到半透明的稠状琼脂浆料。上述所得到的琼脂浆料要持续维持在80～95℃的水浴中进行加热，以免温度降低而导致琼脂凝固。
第二步：将第一步得到的琼脂浆料与织状纤维物进行复合。
如图2所示，提供一种用于复合琼脂浆料与织状纤维物的装置20，其包括容器21及一搅拌器24。首先，将第一步得到的琼脂浆料22盛放在一容器21中，并将该容器21置于80～95℃的水浴中加热，并利用搅拌器24对琼脂浆料22进行搅拌，以使琼脂浆料22均匀受热，避免琼脂浆料22凝固或部分凝固。其次，将一种织状纤维物如纱布23裁剪成预定的尺寸，然后将纱布23浸入琼脂浆料22中，利用搅拌器24搅拌一段时间例如约2-3分钟，使得琼脂浆料22与纱布23充分复合，即，使得琼脂浆料22充分浸入组成纱布23的每一根纤维的表面以及纤维与纤维之间的空隙内。此外，搅拌过程也可去除混入琼脂浆料22中的气泡，以使琼脂浆料22与纱布23充分结合。琼脂浆料22与纱布23的复合过程中，需要对琼脂浆料22进行持续地水浴加热，以免琼脂浆料22凝固成胶。
第三步：成型琼脂浆料22与纱布23的复合物得到隔离膜12。具体地，将浸有琼脂浆料22的纱布23取出平摊于两个支撑体之间，先将纱布23平摊于一支撑体25的表面上，然后将另一支撑体26放置在纱布23上，施加大约2000Pa的压力挤压两块支撑体25和26，一定温度下，冷却琼脂浆料22从而得到隔离膜12。本实施例中，将夹持纱布23的两块支撑体25和26在常温下进行冷却5-6分钟，琼脂浆料22慢慢凝固，待琼脂浆料22基本完全变成凝固状态后，将两块支撑体25和26移除，从而得到由琼脂浆料22与纱布23所复合形成的隔离膜12，如图3所示。
上述两块支撑体具有预设的表面结构，例如所需的隔离膜表面平坦时，那么可以选用两块平板作为上述两块支撑体，挤压浸有琼脂浆料的纱布从而得到表面平坦的隔离膜。
上述所制备的隔离膜的厚度根据需要可以设定，例如，可以选用合适厚度的织状纤维进行制备，也可以将两块或两块以上的织状纤维堆叠起来放置在两块支撑体之间进行挤压，这样可以得到两层或两层以上的预定厚度的多层隔离膜。
本实施例中隔离膜12也可选用非织状纤维物与琼脂作为原料来制备。具体制备过程为：首先，采用与上述制备方法相同的方法制备琼脂浆料；其次，将非织状纤维物例如纸浆与琼脂浆料混合后在80～95℃的水浴中加热，并进行搅拌；最后，待纸浆与琼脂浆料基本混合均匀后，将该混合物注入一压模中成型得到所需结构及尺寸的隔离膜12。
该压模的模腔结构可根据所需隔离膜12的结构及尺寸进行设计，从而可成型出所需结构及尺寸的隔离膜。压模挤压成型过程应快速进行，以免中途温度降低导致琼脂凝固。
最后，组装第一电极11、隔离膜12、第二电极13以及电解液14形成锂离子电池10。具体地，将第一电极11与第二电极13分别通过导电胶粘合在隔离膜12两个相对的侧面上，使得第一电极11、隔离膜12及第二电极13结合在一起形成一个整体结构，然后将该整体结构部分浸入电解液14中，从而便形成一个简易的锂离子电池10。当然，实际应用中，电解液14通常盛放在一个容器或者壳体中，待第一电极11、隔离膜12及第二电极13部分浸入电解液14中并得以固定後，将盛放电解液14的容器或壳体封装后便得到锂离子电池10。
上述制备的锂离子电池10可广泛用作消费性电子产品的电源。如图4所示，锂离子电池10工作过程中，由于组成隔离膜12的材料中包括琼脂，而琼脂具有优良的吸液性，当隔离膜12与电解液14长时间接触时，电解液14便会分散到隔离膜12中，这样，隔离膜12中的琼脂便会与分散在其中的电解液14形成凝胶化的物质。这种凝胶化的物质，一方面使得隔离膜12和电解液14之间形成良好的浸润关系，有助于锂离子电池10充放电过程中离子的传导，这样可提高隔离膜12的离子穿透性，从而减小了锂离子电池10的内阻。另一方面，这种凝胶化的物质可使隔离膜12分别与第一电极11、第二电极13形成良好的接触，从而提升第一电极11与第二电极13的集电效果。
此外，本实施例的锂离子电池10，其隔离膜12的机械强度、抗张性较好。在电池的组装工艺过程中，为阻止隔离膜破裂，造成电池短路，隔离膜需要有一定的机械强度，制成成品后，为抵抗偶然的轻微变形，也要求隔离膜具有抗张性，该隔离膜材料中复合的纤维物有支撑骨架的作用，因而具备良好的机械强度和抗张性。这样，最终制成的锂离子电池10也具有良好的机械强度和抗张性。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种储电系统，其包括第一电极、第二电极、隔离膜以及电解液，所述第一电极与第二电极分别与电解液相接触，隔离膜设置于第一电极与第二电极之间用以防止第一电极与第二电极短接，其特征在于，所述隔离膜包括琼脂与纤维材料，所述琼脂分散于纤维材料中。
2.如权利要求1所述的储电系统，其特征在于，所述第一电极与第二电极分别结合在隔离膜的两个相对的侧面。
3.如权利要求2所述的储电系统，其特征在于，所述第一电极与第二电极分别通过导电胶粘材料与隔离膜的侧面相结合。
4.如权利要求1所述的储电系统，其特征在于，所述纤维材料为织状纤维物或非织状纤维物。
5.如权利要求4所述的储电系统，其特征在于，所述织状纤维物为天然织状纤维或人造织状纤维。
6.如权利要求5所述的储电系统，其特征在于，所述织状纤维物为纱布、无纺布、棉布或玻璃纤维。
7.如权利要求4所述的储电系统，其特征在于，所述非织状纤维物为纸浆或木浆。
8.如权利要求4所述的储电系统，其特征在于，当纤维材料为织状纤维物时，琼脂分散在组成纤维材料的每根纤维的表面以及分散在纤维与纤维所形成的空隙中。
9.如权利要求4所述的储电系统，其特征在于，当纤维材料为非织状纤维物时，琼脂与非织状纤维物相互均匀的复合在一起。
10.如权利要求1所述的储电系统，其特征在于，所述第一电极与第二电极材料相同。
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