[发明专利]一种具有曲面结构的复合材料结构电池及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种具有曲面结构的复合材料结构电池及其制备方法。该结构电池包括具有弯曲表面结构的碳纤维复合材料电池外壳和弯曲电池外壳内部相对应的储能电芯。其中弯曲复合材料结构电池外壳主要起到封装和保护电芯的功能，其由碳纤维和树脂组成，具有良好的力学性能、耐腐蚀性能、优良的形状可设计性等。储能电芯主要起到储存电能的作用，其由正、负极、绝缘隔膜和电解液组成，其形状可根据设计的复合材料电池外壳相对应发生改变。

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种可以进行充放电的具有曲面结构的电池及其制备与应用。

背景技术

随着便携式电子设备、电动汽车等移动电力技术的迅速发展，人们对二次能源的需求量也在迅速增加，同时人们也在追求效率更高、安全性更好、更加美观的二次储能系统。

随着便携式电子设备以及各种电动运输工具的外观多样化发展，为这些电力设备提供电能的二次电池也需要随设备的形状而实现多样化，以最大限度的丰富产品的视觉效果，满足人体工程学。传统的弯曲结构电池，都是在制成矩形电池后，采用弧形模具对电池进行加热、加压来实现电池的弯曲。这种弯曲电池不仅储能效率低，而且存在很大的安全隐患，并且这种弯曲电池内部存在很大的应力，用一段时间后电池形状会发生变形。

发明内容

针对传统弯曲电池储能效率低，安全隐患高，形状不稳定的问题，本发明提供一种具有曲面结构的复合材料结构电池及其制备方法。具体采用碳纤维复合材料优良的力学性能，成熟的成型工艺以及良好的可设计性，使其与储能电芯相复合可制备出具有不同形状的曲面结构复合材料结构电池，可提高弯曲电池的储能效率和安全性、稳定电池形状。该结构电池具有广泛的应用，如可应用于智能无人小车、无人机、机器人、路灯线杆、风力发电扇叶、无人船、移动医疗器械和医疗救援。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有曲面结构的复合材料结构电池，包括外壳和储能电芯；

所述外壳由具有弯曲表面的上底板、中框、具有弯曲表面的下底板组成，所述储能电芯位于具有弯曲表面的上底板、中框、具有弯曲表面的下底板组成的空间内；

所述储能电芯具有和外壳相对应的弯曲表面；

所述储能电芯由正极片、负极片、绝缘隔膜、正极引脚、负极引脚和电解液组成；

所述储能电芯固定于外壳内，留有正极引脚、负极引脚置于外壳外实现充放电功能。

进一步，所述外壳由碳纤维体积分数为30-70%的超薄预浸料铺层复合而成，所述超薄预浸料的厚度为0.02mm~0.2mm。所述外壳除碳纤维外其余优选为环氧树脂或酚醛树脂。

更进一步，所述外壳由碳纤维体积分数为50%的超薄预浸料铺层复合而成。

进一步，所述储能电芯的电极是由多个正碳多孔电极、负碳多孔电极片交叉重叠而成，所述正碳多孔电极、负碳多孔电极片上分别铆接有正极引脚、负极引脚。

上述具有曲面结构的复合材料结构电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）对弯曲电池进行总体尺寸设计，加工与其相对应的模具，其中，模具分为凸模和凹模两部分，用于电池最后固化成型；

（2）配制电极浆料，分别制备正极片、负极片；

（3）分别裁取大小合适的正极片和负极片分别放置于绝缘隔膜两侧进行层叠制备储能电芯，并在正极片、负极片两端分别铆接正极引脚和负极引脚；

（4）在储能电芯外侧采用碳纤维预浸料铺层密封，并预留出注液孔；

（5）将铺层好的样品放入模具中固化成型；

（6）取出样品，往里注入电解液然后密封。