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CN115084735B - 一种具有蜂窝夹芯结构的高强度锂离子电池复合材料 - Google Patents

一种具有蜂窝夹芯结构的高强度锂离子电池复合材料 Download PDF

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CN115084735B CN202210768999.9A CN202210768999A CN115084735B CN 115084735 B CN115084735 B CN 115084735B CN 202210768999 A CN202210768999 A CN 202210768999A CN 115084735 B CN115084735 B CN 115084735B
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Abstract

本发明公开了一种具有蜂窝夹芯结构的锂离子电池复合材料。这种复合材料具有优异的力学性能，不但能够提供机械承载能力，而且具备电化学储存功能。这种电池复合材料由上下两层纤维增强复合材料和中间的蜂窝夹芯层以及整合在蜂窝中的高性能电池材料构成。夹芯结构的引入可以将外部载荷转移至夹芯梁上，避免电池材料在外力作用下发生破坏，蜂窝夹芯结构作为设计变量，可以根据需要对电池的力学性能和电化学性能进行调整。该电池复合材料的Z向进行了增强处理，进一步提高了电池的结构承载能力，可应用于电动汽车、电动飞机的结构承载部件。

Description

一种具有蜂窝夹芯结构的高强度锂离子电池复合材料
技术领域
本发明属于储能和结构设计领域，具体是一种具有蜂窝夹芯结构的高强度锂离子电池复合材料，该材料可用作电动汽车、电动飞机等的结构储能部件。
背景技术
在航空航天和汽车等运载工程领域，利用纤维增强复合材料替代金属，可以实现整体的轻量化，进而达到节能、减排、降低成本和提高效率的作用。随着汽车、飞机等的轻量化水平不断提高，仅具有结构承载功能的纤维增强复合材料已难以满足其发展需求。将具有结构承载功能的复合材料与具有导电、吸波、隔热、储能等功能的复合材料相结合，发展结构功能一体化复合材料是复合材料的发展趋势。其中，将提供结构承载功能的纤维增强复合材料与提供电化学能量存储的电池材料整合，发展兼具结构承载和能量存储功能的结构储能复合材料，对运载工程领域的发展具有重要意义。例如，这种结构储能复合材料可以加工成电动汽车的车门、车顶或者飞机的机翼等结构承载部件，同时如普通电池般提供电能，可有效减轻车辆的重量，提高车辆的空间利用效率。
近年来，尽管有少量关于结构储能复合材料的研究报道，但是它们的力学性能、电化学性能及承载时的电化学性能尚不理想，难以满足实际应用需求。结构储能复合材料的综合性能，有望通过材料组分的更新及结构的优化设计来实现。从材料角度出发，发展新型兼具优异力学性能和电化学性能的电极材料，有望全面提高结构储能复合材料的电化学性能和力学性能。从结构设计角度出发，如果能够将航空航天、汽车等领域具有广泛应用的蜂窝夹芯复合材料结构与传统电池结构相结合，也有望显著改善结构储能复合材料的综合性能。蜂窝夹芯复合材料通常由上下两层纤维增强复合材料面板和中间的高分子蜂窝夹芯层复合而成，具有弯曲刚度大、结构质量轻等优势。对传统蜂窝夹芯复合材料的结构进行优化设计，进而将传统电池中的活性材料整合至复合材料的夹芯层中，则有望获得综合性能优异的结构储能复合材料。
发明内容
发明目的：本发明针对现有电池的力学性能差、不具备结构承载能力的问题，提出一种具有蜂窝夹芯结构的锂离子电池复合材料，所得复合材料兼具电化学储能和结构承载两种功能，可用作电动汽车、电动飞机等的结构储能部件。
技术方案：本发明所述一种具有蜂窝夹芯结构的高强度锂离子电池复合材料的结构及制备方法如下：
(A)一种锂离子电池复合材料的结构：如附图1所示，所述结构自下而上依次由纤维增强复合材料表皮层-1、高分子蜂窝夹芯层和纤维增强复合材料表皮层-2构成，所述结构的外圈边沿和夹芯梁位置设计有若干缝线孔，使用缝线增强后，再加注环氧树脂形成Z向增强柱；
所述纤维增强复合材料表皮层-1的表面贴附有若干光滑垫片，且垫片的位置、形状与蜂窝夹芯层的蜂窝孔的位置、形状相对应；
所述高分子蜂窝夹芯层的上下表面涂覆有一层胶黏剂，蜂窝孔内壁涂覆有一层密封胶，每个蜂窝内自下而上填充有电池正极、隔膜和负极，各蜂窝中的电池通过并联或串联方式进行连接，并设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条；
所述纤维增强复合材料表皮层-2的表面设计有若干注液孔，用于后续电解液的注入。
(B)根据说明书(A)所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，纤维增强复合材料表皮层-1，由碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和凯夫拉纤维复合材料中的任一种构成，其中纤维材料的铺层为2-4层；表皮层-1所贴附垫片，为高密度的聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚醚酰亚胺泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的一种，垫片高度为0.7-2mm，垫片与表皮层-1由环氧胶黏剂固定。
(C)根据说明书(A)所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，高分子蜂窝夹芯层，其结构为十字型蜂窝结构、正六边形蜂窝结构、菱形蜂窝结构和不规则排列三角形蜂窝结构夹芯结构的一种，其厚度为1-2.3mm；所述高分子蜂窝夹芯层由聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚醚酰亚胺泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫中的任一种，泡沫密度为80-120kg/m3；所述高分子蜂窝夹芯层上下表面涂覆的胶黏剂，为环氧树脂胶粘剂、短切碳纤维增强环氧树脂胶粘剂和短切玻璃纤维增强环氧树脂胶粘剂中的任一种；所述高分子蜂窝夹芯层蜂窝孔内壁涂覆的密封胶，为环氧树脂密封胶和聚氨酯密封胶中的一种。
(D)根据说明书(A)所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，蜂窝孔内填充正极材料为LiFePO4,LiCoO2和LiMn2O4中的一种，负极材料为人造石墨和天然石墨中的一种，隔膜为聚乙烯膜(PE)和聚丙烯膜(PP)中的一种；电解液为六氟磷酸锂商业电解液；
所述正极材料的制备工艺：首先，根据蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成所需形状的集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂正极活性物质浆料，将喷涂好的正极烘干即可。活性物质负载量由所喷涂浆料的量来控制；所述负极材料的制备工艺和正极类似，但负极集流体为铜箔，浆料为负极活性物质浆料。
(E)根据说明书(A)所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，纤维增强复合材料表皮层-2，由碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和凯夫拉纤维复合材料中的任一种构成，其中纤维材料的铺层为2-4层；所述表皮层-2上注液孔的直径为1-2mm，位置与蜂窝孔的位置相对应。
(F)根据说明书(A)所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，缝线孔的直径为1-2mm，缝线为Kevlar缝线和玻璃纤维缝线中的一种。
(G)一种根据说明书(A)所述的一种锂离子电池复合材料的结构的制备工艺，其特征在于，制备工艺为：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的复合材料预浸料各预固化1层；
2)准备表皮层-1：将复合材料预浸料按设计依次铺层，最后铺放经预固化处理的复合材料层，再将预制备的垫片用胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的正极置于垫片上，并在各正极上面放置一层电池隔膜；
3)集成蜂窝芯层：将蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层胶黏剂，蜂窝孔内壁涂覆一层密封胶，得到预处理好的蜂窝夹芯；将上述预处理好的蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的垫片、电极和隔膜填充到蜂窝孔中；然后，将预准备好的负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐；
4)集成表皮层-2：将预固化好的复合材料层和复合材料预浸料层依次铺放，然后在整个复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔，并使用缝线将孔依次连接，最后使用传统的成型技术将电池复合材料固化成型；
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至惰性气体环境，然后从注液孔注入适量的电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
(H)根据说明书(G)所述的锂离子电池复合材料的结构的制备工艺，其特征在于，成型技术为热压成型、真空袋辅助成型和热压罐成型中的一种。
与现有技术相比，本发明的创新之处：
1)本发明针对当前结构电池的力学性能和电化学性能均不理想的问题，提出了将高性能的电池活性材料直接整合至蜂窝夹芯复合材料中。蜂窝夹芯结构的表皮层由纤维增强复合材料构成，可确保复合材料具有优异的拉伸性能；轻质蜂窝夹芯层不但能够提高整体结构的刚度，而且有助于降低电池结构的比质量。此外，夹芯结构的引入可以将电池所承受的载荷转移至夹芯梁上，进而显著提高电池复合材料的承载能力。通过蜂窝夹芯的结构设计，还可根据实际应用需求调整电池复合材料的力学性能和电化学性能，充分发挥复合材料可设计性强的特点。
2)本发明所提供的具有蜂窝夹芯结构的锂离子电池复合材料，对其边缘部分和夹芯梁位置进行了Z向强化处理，可有效避免复合材料在冲击载荷下的分层现象，有助于保证内部电池材料的安全性，从而扩大该电池复合材料的应用范围。
3)本发明所提供的电池复合材料将具有电化学活性的商用正极、负极、隔膜和电解液与蜂窝夹芯复合材料结构进行有效整合，而非对商业电池进行整体封装。这种技术既可以避免非活性材料的过量使用，还可以根据夹芯结构对电极和隔膜进行专门定制。
4)本发明所提供电池复合材料的外层纤维复合材料的成型过程采用了分批次固化，对靠近电池材料的两层预浸料采取了预固化处理，可有效避免纤维增强复合材料壳层树脂对内层电池材料的污染。
5)本发明所提供的锂离子电池复合材料的夹芯层，其蜂窝孔内壁采取了密封处理，不仅可以避免电池材料在成型过程中受到污染，还可以保证电池材料在注液后与空气中的水分和氧气进行有效隔绝。
附图说明
图1为本发明中具有十字型蜂窝夹芯的电池复合材料的结构示意图
图2为本发明中具有正六边型蜂窝夹芯的电池复合材料的结构示意图
图3为本发明所采用的菱形蜂窝夹芯
图4为本发明所采用的不规则三角形蜂窝夹芯
图5为本发明所制备的具有十字型蜂窝夹芯结构的电池复合材料的弯曲性能
图6为本发明所制备的具有十字型蜂窝夹芯结构的电池复合材料在受到不同弯曲应力时的能量密度
具体实施方式
我们采用以下具体实施例的方式对本发明做出说明，但并非仅限于实施例。
实施例1
本实施例所述锂离子电池复合材料的结构：如附图1所示，自下而上，依次为表皮层-1、夹芯层和表皮层-2。表皮层-1为两层玻璃纤维复合物，夹芯层为十字型蜂窝结构的聚氨酯泡沫，泡沫的厚度为1.3mm，密度为80kg/m3，表皮层-2为带有注液孔的两层玻璃纤维复合物，表皮层-1的表面贴有与蜂窝结构相对应的高为1mm的聚氨酯泡沫垫片。在夹芯层的每个蜂窝内自下而上填充有LiFePO4正极、PE隔膜和天然石墨负极，每个蜂窝内的正极和负极均由铝箔线和铜箔线相互连接，且设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条。电池复合材料的边沿和夹芯梁位置设计有缝线孔，加注环氧树脂形成Z向增强柱。
本实施例所述锂离子电池复合材料的电极的制备工艺：首先，根据十字型蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成正方形集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂LiFePO4浆料，将喷涂好的正极烘干即可。所述负极材料的制备工艺和正极一致，但负极集流体为铜箔，浆料为天然石墨浆料。
本实施例所述锂离子电池复合材料的制备工艺：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的玻璃纤维预浸料各预固化1层。
2)准备表皮层-1：将一层固化后的玻璃纤维复合材料铺在一层未固化的玻璃纤维预浸料上面，再将正方形聚氨酯泡沫垫片用环氧树脂胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的正方形LiFePO4正极置于聚氨酯泡沫垫片上，并在各正极上面放置一层正方形PE隔膜。
3)集成蜂窝芯层：将十字型蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层环氧树脂胶粘剂，蜂窝孔内壁涂覆一层环氧树脂密封胶；将上述预处理好的十字型蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的聚氨酯泡沫垫片、LiFePO4正极和PE隔膜填充到正方形蜂窝孔中；然后，将预准备好的正方形天然石墨负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐。
4)集成表皮层-2：将预固化好的带注液孔的一层玻璃纤维复合材料层和带注液孔的一层玻璃纤维复合材料预浸料层依次铺放，然后在复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔并使用Kevlar缝线将孔依次连接，缝线孔的直径为1mm，缝线孔的间距为2mm，最后使用真空袋辅助成型在130℃的温度下保持180min将电池复合材料固化成型。
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至高纯氩惰性气体环境，然后从注液孔注入六氟磷酸锂电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
图1为本实施例制备的电池的结构示意图
实施例2
本实施例所述锂离子电池复合材料的结构：如附图2所示，自下而上，依次为表皮层-1、夹芯层和表皮层-2。表皮层-1为三层凯夫拉纤维复合物，夹芯层为正六边型蜂窝结构的聚苯乙烯泡沫，泡沫的厚度为1.8mm，密度为100kg/m3，表皮层-2为带有注液孔的三层凯夫拉纤维复合物，表皮层-1的表面贴有与蜂窝结构相对应的高为1.5mm的聚苯乙烯泡沫垫片。在夹芯层的每个蜂窝内自下而上填充有LiCoO2正极、PP隔膜和人造石墨负极，每个蜂窝内的正极和负极均由铝箔线和铜箔线相互连接，且设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条。电池复合材料的边沿和夹芯梁位置设计有缝线孔，加注环氧树脂形成Z向增强柱。
本实施例所述锂离子电池复合材料的电极的制备工艺：首先，根据正六边型蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成正六边形集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂LiCoO2浆料，将喷涂好的正极烘干即可。所述负极材料的制备工艺和正极一致，但负极集流体为铜箔，浆料为人造石墨浆料。
本实施例所述锂离子电池复合材料的制备工艺：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的凯夫拉纤维预浸料各预固化1层。
2)准备表皮层-1：将一层固化后的凯夫拉纤维复合材料铺在两层未固化的凯夫拉纤维预浸料上面，再将正六边形聚苯乙烯泡沫垫片用环氧树脂胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的正六边形LiCoO2正极置于聚苯乙烯泡沫垫片上，并在各正极上面放置一层正方形PP隔膜。
3)集成蜂窝芯层：将正六边型蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层短切碳纤维增强环氧树脂胶粘剂，蜂窝孔内壁涂覆一层聚氨酯密封胶；将上述预处理好的正六边型蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的聚苯乙烯泡沫垫片、LiCoO2正极和PP隔膜填充到正六边形蜂窝孔中；然后，将预准备好的正六边形人造石墨负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐。
4)集成表皮层-2：将预固化好的带注液孔的凯夫拉纤维复合材料层和带注液孔的两层凯夫拉纤维复合材料预浸料层依次铺放，然后在复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔并使用玻璃纤维缝线将孔依次连接，缝线孔的直径为1.5mm，缝线孔的间距为2mm，最后使用热压罐成型在130℃的温度下，0.3MPa的压力下保持180min将电池复合材料固化成型。
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至高纯氩惰性气体环境，然后从注液孔注入六氟磷酸锂电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
图2为本实施例制备的电池的结构示意图
实施例3
本实施例所述锂离子电池复合材料的结构：自下而上，依次为表皮层-1、夹芯层和表皮层-2。表皮层-1为四层碳纤维复合物，夹芯层为具有菱型蜂窝结构的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，泡沫的厚度为1mm，密度为120kg/m3，表皮层-2为带有注液孔的四层碳纤维复合物，表皮层-1的表面贴有与蜂窝结构相对应的高为0.7mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫垫片。在夹芯层的每个蜂窝内自下而上填充有LiMn2O4正极、PP隔膜和人造石墨负极，每个蜂窝内的正极和负极均由铝箔线和铜箔线相互连接，且设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条。电池复合材料的边沿和夹芯梁位置设计有缝线孔，加注环氧树脂形成Z向增强柱。
本实施例所述锂离子电池复合材料的电极的制备工艺：首先，根据菱型蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成菱形集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂LiMn2O4浆料，将喷涂好的正极烘干即可。所述负极材料的制备工艺和正极一致，但负极集流体为铜箔，浆料为人造石墨浆料。
本实施例所述锂离子电池复合材料的制备工艺：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的碳纤维预浸料各预固化1层。
2)准备表皮层-1：将一层固化后的碳纤维复合材料铺在三层未固化的碳纤维预浸料上面，再将菱形聚甲基丙烯酰亚胺泡沫垫片用环氧树脂胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的菱形LiMn2O4正极置于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫垫片上，并在各正极上面放置一层正方形PP隔膜。
3)集成蜂窝芯层：将菱型蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层短切玻璃纤维增强环氧树脂胶粘剂，蜂窝孔内壁涂覆一层聚氨酯密封胶；将上述预处理好的菱型蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫垫片、LiMn2O4正极和PP隔膜填充到菱形蜂窝孔中；然后，将预准备好的菱形人造石墨负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐。
4)集成表皮层-2：将预固化好的带注液孔的一层碳纤维复合材料层和带注液孔的三层碳纤维复合材料预浸料层依次铺放，然后在复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔并使用玻璃纤维缝线将孔依次连接，缝线孔的直径为2mm，缝线孔的间距为2mm，最后借助热压机热压成型，在130℃的温度下0.6MPa的压力下保持180min将电池复合材料固化成型。
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至高纯氩惰性气体环境，然后从注液孔注入六氟磷酸锂电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
图3为本实施例制备的电池的夹芯结构示意图
实施例4
本实施例所述锂离子电池复合材料的结构：自下而上，依次为表皮层-1、夹芯层和表皮层-2。表皮层-1为两层碳纤维复合物，夹芯层为具有不规则排列三角形蜂窝结构的聚醚酰亚胺泡沫，泡沫的厚度为2.3mm，密度为120kg/m3，表皮层-2为带有注液孔的两层碳纤维复合物，表皮层-1的表面贴有与蜂窝结构相对应的高为2mm的聚醚酰亚胺泡沫垫片。在夹芯层的每个蜂窝内自下而上填充有LiFePO4正极、PE隔膜和天然石墨负极，每个蜂窝内的正极和负极均由铝箔线和铜箔线相互连接，且设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条。电池复合材料的边沿和夹芯梁位置设计有缝线孔，加注环氧树脂形成Z向增强柱。
本实施例所述锂离子电池复合材料的电极的制备工艺：首先，根据不规则排列三角形蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成三角形集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂LiFePO4浆料，将喷涂好的正极烘干即可。所述负极材料的制备工艺和正极一致，但负极集流体为铜箔，浆料为天然石墨浆料。
本实施例所述锂离子电池复合材料的制备工艺：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的碳纤维预浸料各预固化1层。
2)准备表皮层-1：将一层固化后的碳纤维复合材料铺在一层未固化的碳纤维预浸料上面，再将三角形聚醚酰亚胺泡沫垫片用环氧树脂胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的三角形LiFePO4正极置于聚醚酰亚胺泡沫垫片上，并在各正极上面放置一层正方形PE隔膜。
3)集成蜂窝芯层：将不规则排列三角型蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层短切玻璃纤维增强环氧树脂胶粘剂，蜂窝孔内壁涂覆一层环氧树脂密封胶；将上述预处理好的不规则排列三角型蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的聚醚酰亚胺泡沫垫片、LiFePO4正极和PE隔膜填充到三角形蜂窝孔中；然后，将预准备好的三角形天然石墨负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐。
4)集成表皮层-2：将预固化好的带注液孔的一层碳纤维复合材料层和带注液孔的一层碳纤维复合材料预浸料层依次铺放，然后在复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔并使用玻璃纤维缝线将孔依次连接，缝线孔的直径为1mm，缝线孔的间距为2mm，最后使用真空袋辅助成型在130℃的温度下保持180min将电池复合材料固化成型。
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至高纯氩惰性气体环境，然后从注液孔注入六氟磷酸锂电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
图4为本实施例制备的电池的夹芯结构示意图
应用例1
本应用例利用万能试验机对实施例1制备的电池测试其弯曲性能，如图5所示，制备的电池获得了约200MPa的优异的弯曲强度。
应用例2
本应用例对实施例1制备的电池进行三点弯曲加载实验，并测试在不同的力学加载强度下电池的电化学容量变化情况，如图6所示，制备的电池即使在100MPa的高的弯曲应力下，电池依然能够正常的充放电且整体的能量密度没有明显的衰减。证明了其被用作结构承载部件的同时，也可以被用作电池提供电化学储能功能。

Claims (8)

1.一种锂离子电池复合材料的结构，所述结构自下而上依次由纤维增强复合材料表皮层-1、高分子蜂窝夹芯层和纤维增强复合材料表皮层-2构成，所述结构的外圈边沿和夹芯梁位置设计有若干缝线孔，使用缝线增强后，再加注环氧树脂形成Z向增强柱；
所述纤维增强复合材料表皮层-1的表面贴附有若干光滑垫片，且垫片的位置、形状与蜂窝夹芯层的蜂窝孔的位置、形状相对应；
所述高分子蜂窝夹芯层的上下表面涂覆有一层胶黏剂，蜂窝孔内壁涂覆有一层密封胶，每个蜂窝内自下而上填充有电池正极、隔膜和负极，各蜂窝中的电池通过并联或串联方式进行连接，并设有延伸至复合材料外部的铝箔线和铜箔线各1条；
所述纤维增强复合材料表皮层-2的表面设计有若干注液孔，用于后续电解液的注入。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，纤维增强复合材料表皮层-1，由碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和凯夫拉纤维复合材料中的任一种构成，其中纤维材料的铺层为2-4层；表皮层-1所贴附垫片，为高密度聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚醚酰亚胺泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的一种，垫片高度为0.7-2mm，垫片与表皮层-1由环氧胶黏剂将固定。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，高分子蜂窝夹芯层，其结构为十字型蜂窝结构、正六边形蜂窝结构、菱形蜂窝结构和不规则排列三角形蜂窝结构夹芯结构的一种，其厚度为1-2.3mm；所述高分子蜂窝夹芯层由聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚醚酰亚胺泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫中的任一种材料构成，泡沫密度为80-120kg/m3；所述高分子蜂窝夹芯层上下表面涂覆的胶黏剂，为环氧树脂胶粘剂、短切碳纤维增强环氧树脂胶粘剂和短切玻璃纤维增强环氧树脂胶粘剂中的任一种；所述高分子蜂窝夹芯层蜂窝孔内壁涂覆的密封胶，为环氧树脂密封胶和聚氨酯密封胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，蜂窝孔内填充正极材料为LiFePO4,LiCoO2和LiMn2O4中的一种或混合物，负极材料为人造石墨和天然石墨中的一种，隔膜为聚乙烯膜(PE)和聚丙烯膜(PP)中的一种，电解液为六氟磷酸锂商业电解液；
所述正极材料的制备工艺：首先，根据蜂窝夹芯层的结构，将铝箔切割成所需形状集流体，各铝箔集流体由铝线相互连接；然后，在铝箔上喷涂正极活性物质浆料，将喷涂好的正极烘干即可，活性物质负载量由所喷涂浆料的量来控制；所述负极材料的制备工艺和正极一致，但负极集流体为铜箔，浆料为负极活性物质浆料。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，纤维增强复合材料表皮层-2，由碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和凯夫拉纤维复合材料中的任一种构成，其中纤维材料的铺层为2-4层；所述表皮层-2上注液孔的直径为1-2mm，位置与蜂窝孔的位置相对应。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池复合材料的结构，其特征在于，缝线孔的直径为1-2mm，缝线为Kevlar缝线和玻璃纤维缝线中的一种。
7.一种根据权利要求1所述的一种锂离子电池复合材料的结构的制备工艺，其特征在于，制备工艺为：
1)预固化处理：将表皮层-1和表皮层-2的复合材料预浸料各预固化1层；
2)准备表皮层-1：将复合材料预浸料按设计依次铺层，最后铺放经预固化处理的复合材料层，再将预制备的垫片用胶黏剂固定在表皮层-1上面，然后将预准备好的正极置于垫片上，并在各正极上面放置一层电池隔膜；
3)集成蜂窝芯层：将蜂窝夹芯层的上下表面分别涂敷一层胶黏剂，蜂窝孔内壁涂覆一层密封胶，得到预处理好的蜂窝夹芯；将上述预处理好的蜂窝夹芯铺放到表皮层-1表面，确保表皮层-1上面的垫片、电极和隔膜填充到蜂窝孔中；然后，将预准备好的负极放置在蜂窝孔中的隔膜上方，负极放置好后与夹芯层的上方平齐；
4)集成表皮层-2：将预固化好的复合材料层和复合材料预浸料层依次铺放，然后在整个复合材料结构的边缘和夹芯梁位置打孔，并使用缝线将孔依次连接，最后使用传统复合材料的成型技术将电池复合材料固化成型；
5)注液及封口：将固化成型的电池复合材料转移至惰性气体环境，然后从注液孔注入适量的电解液，最终使用环氧树脂将注液孔及缝线孔密封并固化，即得到最终的锂离子电池复合材料。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池复合材料的结构的制备工艺，其特征在于，成型技术为热压成型、真空袋辅助成型和热压罐成型中的一种。
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